Masterproef Remote maintenance van een mobiel landbouwvoertuig

Masterproef Remote maintenance van een mobiel landbouwvoertuig Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: elektrotechniek Afstudeerrichting Automatisering Academiejaar 2010-2011

Frederick Pervoot

Academische bachelor- en masteropleidingen, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk

Masterproef Remote maintenance van een mobiel landbouwvoertuig Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: elektrotechniek Afstudeerrichting Automatisering Academiejaar 2010-2011

Frederick Pervoot

Academische bachelor- en masteropleidingen, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk

Voorwoord Een eindwerk kan uiteraard niet zonder de hulp en steun van anderen tot stand gebracht worden. Daarom zou ik iedereen willen bedanken, die mij in het voorbije jaar gesteund en geholpen heeft. Al deze mensen vernoemen is onmogelijk, maar toch wil ik enkele mensen in het bijzonder vermelden voor hun bijdrage. Eerst en vooral wil ik de firma AVR bedanken om mij de mogelijkheid te geven een boeiende masterproef te mogen volbrengen. Mijn externe promotoren Mevrouw Cambie en Mijnheer Dedecker wil ik in het bijzonder bedanken voor hun ondersteuning en vele raad. IK wil ook alle mensen binnen de firma bedanken voor hun hulp. Een dankwoord richting de Hogeschool West-Vlaanderen, departement industriële wetenschappen is zeker niet misplaatst. Hierbij wil ik alle docenten bedanken, die in de laatste vier jaar een bijdrage hebben geleverd aan mijn studie van industrieel ingenieur. Het hele automatisatie team, in het bijzonder Mijnheer Capoen en Mijnheer Vandenhoeke wil ik bedanken voor hun raad bij deze masterproef. Om te beëindigen wil ik al mijn medestudenten danken voor de amusante en aangename jaren op Howest. Niet te vergeten wil ik zeker nog mijn ouders bedanken, die mij de kans gegeven hebben om deze studies mogelijk te maken en tot een goed eind te brengen. Graag wil ik nog mijn vriendin, familie en vrienden bedanken voor de morele steun die ze mij doorheen deze jaren hebben gegeven.

AVR Pervoot Frederick

Academiejaar 2010 - 2011 I

Abstract The title of the thesis is ‘Remote maintenance of a mobile agriculture vehicle’. This project is initiated by the company AVR. The aim of this study is the analysis of the possibility of remote maintenance of a mobile agriculture vehicle with the existing software and interface that the company uses these days. Using a remote solution, problem can be solved quickly and more cheaper. Many company's exports allot of products to different countries. This is one of the main reasons that service is very important, to try to help the customer as good as possible. When a problem occurs, it is convenient to have an overview of the current situation and possible problem at the company. This will ensure that allot of money is being saved, because no trained employee has to go on site to evaluate the problem. Remote maintenance of a mobile agriculture vehicle ensure that the problem can be determined at the company. If this is a software problem, immediately actions can be taken to adjust the software en send it to the agriculture vehicle. When it is a hardware problem the necessary information can be given to a trained employee. When on site the employee immediately starts to fix the problem, so the service is allot faster. The customer will be help much faster and his downtime will be decreased. To achieve this, first a study must be made to gain information about available wireless communication technique. When the right technique is found for the problem a second study must be made. This study involve a market search of different company's who brings product on the market that use this technique. During this study, attention must be given to the currently used software and interface. Finally the chosen product must be implement on the existing machine. When implemented the product must be thoroughly tested.


Academiejaar 2010 - 2011 II

Inhoudsopgave Voorwoord ............................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................... II Inhoudsopgave ....................................................................................................................................... III Gebruikte symbolen en afkortingen....................................................................................................... VI Lijst van figuren .................................................................................................................................... VIII Lijst van Tabellen ..................................................................................................................................... X

1. INLEIDING .................................................................................................................................... 1 1.1. BEDRIJFSVOORSTELLING ...................................................................................................................... 1 1.2. SITUERING EINDWERK ......................................................................................................................... 2 1.3. DOELSTELLINGEN ............................................................................................................................... 2

2. THEORETISCHE BESCHOUWING .......................................................................................... 3 2.1. INLEIDING ......................................................................................................................................... 3 2.2. BELANGRIJKSTE MOBIELE COMMUNICATIETECHNIEKEN ............................................................................. 3 2.3. BASISPRINCIPES RADIOGOLVEN ............................................................................................................. 4 2.3.1. Radiofrequentiespectrum .......................................................................................................... 4 2.3.2. Signaalvoortplanting .................................................................................................................. 4 2.3.1. Demping ..................................................................................................................................... 5 2.3.2. Signaalvoortplantingeffecten ..................................................................................................... 6 2.3.3. Meerpadsvoortplanting ............................................................................................................. 7 2.3.4. Multiplexing................................................................................................................................ 8 2.3.5. Modulatie ................................................................................................................................. 10 2.3.6. Cellulaire systemen .................................................................................................................. 12 2.4. MOBIELE COMMUNICATIE ................................................................................................................. 14 2.4.1. Inleiding .................................................................................................................................... 14 2.4.2. Satellietcommunicatie.............................................................................................................. 14 2.4.3. Broadcast .................................................................................................................................. 15 2.4.4. Draadloos LAN .......................................................................................................................... 15 2.4.5. Telecommunicatie .................................................................................................................... 16 2.4.6. Besluit ....................................................................................................................................... 16 2.5. GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM)........................................................................ 17 2.5.1. Inleiding .................................................................................................................................... 17 2.5.2. Geschiedenis ............................................................................................................................ 17 2.5.3. GSM infrastructuur ................................................................................................................... 19 2.5.4. Fysieke laag .............................................................................................................................. 20 2.5.4.1. Radio interface ...................................................................................................................... 20 2.5.4.2. Framehiërarchieën ................................................................................................................ 21 2.5.4.3. Logische kanalen ................................................................................................................... 21 2.5.4.4. Modulatie .............................................................................................................................. 22 2.5.4.5. Multiplexing........................................................................................................................... 22 AVR Pervoot Frederick

Academiejaar 2010 - 2011 III

2.5.4.6. Encryptie................................................................................................................................ 23 2.5.4.7. Authenticatie ......................................................................................................................... 23 2.5.5. Datalinklaag .............................................................................................................................. 24 2.5.6. Netwerklaag ............................................................................................................................. 24 2.5.6.1. Locatiebepaling ..................................................................................................................... 24 2.5.6.2. Handover ............................................................................................................................... 25 2.5.7. Mobiel Diensten ....................................................................................................................... 25 2.5.7.1. Dragerdiensten ...................................................................................................................... 26 2.5.7.2. Telediensten .......................................................................................................................... 26 2.5.7.3. Aanvullende diensten............................................................................................................ 27 2.5.8. Nieuwe datadiensten ............................................................................................................... 27 2.5.8.1. HSCSD .................................................................................................................................... 27 2.5.8.2. GPRS ...................................................................................................................................... 28 2.5.8.3. EDGE ...................................................................................................................................... 30

3. MARKTSTUDIE ........................................................................................................................ 32 3.1. INLEIDING ....................................................................................................................................... 32 3.2. AANDACHTSPUNTEN ......................................................................................................................... 32 3.3. PRODUCENTEN TELECOMMUNICATIEMODULES...................................................................................... 36 3.3.1. Algemeen.................................................................................................................................. 36 3.3.2. Phoenix Contact ....................................................................................................................... 36 3.3.3. eWON ....................................................................................................................................... 38 3.3.4. MOXA ....................................................................................................................................... 41 3.3.5. RMCAN ..................................................................................................................................... 44 3.3.6. IFM............................................................................................................................................ 47 3.3.7. Besluit ....................................................................................................................................... 48 3.4. OVERZICHT TARIEVEN OPERATOREN IN BELGIË ...................................................................................... 50

4. IMPLEMENTATIE .................................................................................................................... 51 4.1. INLEIDING ....................................................................................................................................... 51 4.2. BEKABELING .................................................................................................................................... 51 4.3. CONFIGUREREN MODULES ................................................................................................................. 54 4.3.1. CANlink ..................................................................................................................................... 54 4.3.1.1. Operating parameters ........................................................................................................... 55 4.3.1.2. GSM parameters ................................................................................................................... 55 4.3.1.3. CAN online parameters ......................................................................................................... 56 4.3.2. CANview ................................................................................................................................... 57 4.3.2.1. CAN(1) ................................................................................................................................... 57 4.3.2.2. COM....................................................................................................................................... 58 4.3.3. Verbinding tot stand brengen .................................................................................................. 58 4.4. TESTEN........................................................................................................................................... 59 4.4.1. Test 1 – Verzenden/ontvangen van CAN berichten ................................................................. 59 4.4.2. Test 2 - Gebruik maken van BODAS service ............................................................................. 59 AVR Pervoot Frederick

Academiejaar 2010 - 2011 IV

4.4.2.1. Test 2.1 – BODAS service met vaste verbinding.................................................................... 60 4.4.2.2. Test 2.2 – BODAS service met draadloze verbinding ............................................................ 60 4.4.2.3. Test 2.3 – BODAS service met vaste/draadloze verbinding .................................................. 60 4.5. BESLUIT .......................................................................................................................................... 61

5. BIJKOMENDE OPDRACHT .................................................................................................... 62 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6.

INLEIDING ....................................................................................................................................... 62 DOELSTELLINGEN ............................................................................................................................. 62 VB.NET PROGRAMMA....................................................................................................................... 62 INSTALLEREN VAN DE SOFTWARE ........................................................................................................ 66 TESTEN........................................................................................................................................... 66 EINDRESULTAAT ............................................................................................................................... 66

Literatuurlijst ......................................................................................................................................... 67 Bijlagen .................................................................................................................................................. 69


Academiejaar 2010 - 2011 V

Gebruikte symbolen en afkortingen AM: ASK: BCA: CAN: CDMA: FCA: FDMA: FM: FSK: GSM: Hz: ISI: LAN: LOS: PM: PSK: SDMA: TDMA: GPS: LEO: IT: SMS: MMS: WAP: GPRS: EDGE: IMT: LTE: MS: BTS: BSS: BCS: MCS: RSS: ISDN: OSI: TCH: CCH: CCCH: BCCH: DCCH: FEC: MSK: GMSK: AUC: SRES: RAND: LAPD: RR: MM: CM: CC: SS: SMS: AVR Pervoot Frederick

Amplitudemodulatie Amplitude Shift Keying Borrowing Channel Allocation Controller Area Network Code Division Multiple Access Fixed Channel Allocation Frequency Division Multiple Access Frequentiemodulatie Frequency Shift Keying Global System for Mobile communication Hertz Intersymbol Interference Local Area Network Line-Of-Sight Fasemodulatie Phase Shift Keying Space Division Multiple Access Time Division Multiple Access Global Positioning System Low Earth Orbit Information Technology Short Message Service Multimedia Messaging Service Wireless Application Protocol General Packet Radio Service Enhanced Data Rates for GSM Evolution Internationale Mobile Telecommunicatie Long term Evolution Mobile Station Base Tranciever Station Base Station Subsytem Base Controller Station Mobile Switching Centre Radio Access Network Integrated Services Digital Network Open System Interconnection Traffic Channel Control Channel Common Control Channel Broadcast Control Channel Dedicated Control Channel Forward Error Correction Minimum Shift Keying Gaussian MSK Authnetication Center Signature Response Random Number Link access Procedure D channel Radio Resource Management Mobility Management Connection Management Call Control Supplementary Service Short message Service Academiejaar 2010 - 2011 VI

VLR: HLR: UMTS: HSDPA: HSUPA: FEC: EMS: MMS: HSCSD: GSN: PDN: SGSN: GGSN: 8-PSK: HARQ: EGPRS: ECSD: ECU: VPN: CSD: PSD: IMEI: ASCII:


Visitor Location Register Home Location Register Universal Mobile Telecommunication System High-Speed Downlink Packet Access High-Speed Uplink Packet Access Forward Error Correction Enchanced Messaging Service Multimedia Messaging Service High Speed Circuit Switched Data GPRS Support Node Packet Data Network Serving GPRS Support Node Gateway GPRS Support Node 8 Phase Shift Keying Hybrid Automatic Repeat Request Enchanced GPRS Enchanced HSCSD Electronical Control Unit Virtual Private Network Circuit Switched Data Package Switched Data International Mobile Equipment Identity American Standard Code for Information Interchange

Academiejaar 2010 - 2011 VII

Lijst van figuren Figuur 1.1: Firma AVR .............................................................................................................................. 1 Figuur 1.2: Enkele aardappelrooiers die AVR te bieden heeft ................................................................ 1 Figuur 2.1: Radiofrequentiespectrum ..................................................................................................... 4 Figuur 2.2: signaalvoortplanting vacuüm ................................................................................................ 4 Figuur 2.3: demping principe .................................................................................................................. 5 Figuur 2.4: Afschaduwing ........................................................................................................................ 6 Figuur 2.5: Reflectie................................................................................................................................. 6 Figuur 2.6: Breking................................................................................................................................... 6 Figuur 2.7: Verstrooiing ........................................................................................................................... 7 Figuur 2.8: Diffractie ................................................................................................................................ 7 Figuur 2.9: Meerpadsvoortplanting ........................................................................................................ 8 Figuur 2.10: Gevolgen delay spread ........................................................................................................ 8 Figuur 2.11: Multiplexing technieken...................................................................................................... 9 Figuur 2.12: Frequency Division Multiple Access (FDMA)....................................................................... 9 Figuur 2.13: TDMA met meerdere dragerfrequenties,TDMA met frequentiehoppen ......................... 10 Figuur 2.14: Code Division Multiple Access (CDMA) ............................................................................. 10 Figuur 2.15: Amplitude(b), frequency(c) en phase-shift(d) keying ....................................................... 11 Figuur 2.16: Minimum Shift Keying (MSK) ............................................................................................ 12 Figuur 2.17: Cellulair systeem met 3, 4 en 7 celclusters ....................................................................... 12 Figuur 2.18: Marktgroei GSM network ................................................................................................. 17 Figuur2.19: GSM architectuur ............................................................................................................... 19 Figuur 2.20: Radio interface GSM 900................................................................................................... 20 Figuur 2.21: GSM-framehiërarchie ........................................................................................................ 21 Figuur 2.22: FDMA bij GSM900 ............................................................................................................. 22 Figuur 2.23: Data Encryptie bij GSM ..................................................................................................... 23 Figuur 2.24: Authenticatieproces .......................................................................................................... 24 Figuur 2.25: Protocolarchitectuur ......................................................................................................... 25 Figuur 2.26: Voorbeeld HSCSD kanaal bezetting van twee tijdsloten ................................................... 27 Figuur 2.27: HSCSD architectuur ........................................................................................................... 28 Figuur 2.28: GPRS architectuur ............................................................................................................. 28 Figuur 2.29: Symbool samenstelling GMSK en 8-PSK ............................................................................ 30 Figuur 2.30: EDGE burst......................................................................................................................... 30 Figuur 3.1: Remote access ..................................................................................................................... 32 Figuur 3.2: Wereldwijde beschikbaarheid 2G/3G netwerken ............................................................... 33 Figuur 3.3: Elektrisch schema CAN netwerken PUMA .......................................................................... 34 Figuur 3.4:Huidige opstelling AVR ......................................................................................................... 35 Figuur3.5: GPRS/EDGE configuratie ...................................................................................................... 36 Figuur 3.6: GSM configuratie................................................................................................................. 37 Figuur 3.7: Opstelling 2001CD/4001CD ................................................................................................. 39 Figuur3.8: Opstelling 2101CD/4101CD.................................................................................................. 39 Figuur 3.9: Cellulaire modems............................................................................................................... 41 AVR Pervoot Frederick

Academiejaar 2010 - 2011 VIII

Figuur 3.10: Virtuele COM poort of inverse COM mode ....................................................................... 42 Figuur 3.11: Cellulaire IP modem .......................................................................................................... 42 Figuur 3.12: VPN verbinding .................................................................................................................. 43 Figuur 3.13: Cellulaire router ................................................................................................................ 43 Figuur 3.14: Real-time oplossing RMCAN.............................................................................................. 44 Figuur 3.15: Directe dataverbinding met behulp van een modem (type één) ..................................... 45 Figuur 3.16: Directe dataverbinding met behulp van twee CANLink modules (type twee) ................. 46 Figuur 3.17: Opstelling na implementatie ............................................................................................. 49 Figuur 3.18: Opstelling voor grote overdrachtsnelheid ........................................................................ 49 Figuur 4.1: Inhoud RMCAN pakt ............................................................................................................ 51 Figuur 4.2: Theoretische opstelling ....................................................................................................... 52 Figuur 4.3: Meegeleverde CAN kabel M12 5-pin/D-sub +voeding........................................................ 52 Figuur 4.4: Gewijzigde CAN kabel.......................................................................................................... 53 Figuur 4.5: Mobiele zijde (landbouwvoertuig) ...................................................................................... 53 Figuur 4.6: Lokale zijde (bedrijfsite) ...................................................................................................... 54 Figuur 4.7: CANlink hoofdscherm.......................................................................................................... 55 Figuur 4.8: CANlink - GSM parameters ................................................................................................. 56 Figuur 4.9: CANlink – CAN online parameters....................................................................................... 56 Figuur 4.10: Hoofdscherm CANview module ........................................................................................ 57 Figuur 4.11: CANview - COM ................................................................................................................. 58 Figuur 4.12: Hoofdscherm RMGSM Base station .................................................................................. 59 Figuur 5.1: Opstartscherm CAN Analyser AVR ...................................................................................... 62 Figuur 5.2: Hoofdscherm ....................................................................................................................... 63 Figuur 5.3: Venster maken grafiek ........................................................................................................ 64 Figuur 5.4: Hoofdscherm admin ingelogd ............................................................................................. 64 Figuur 5.5: Venster IO beheer ............................................................................................................... 65 Figuur 5.6: Eindresultaat ....................................................................................................................... 66


Academiejaar 2010 - 2011 IX

Lijst van Tabellen Tabel 2.1: Satelliet internet ................................................................................................................... 14 Tabel 2.2: Draadloos LAN ...................................................................................................................... 15 Tabel 2.3: GSM netwerk ........................................................................................................................ 16 Tabel 2.4: Snelheden 3de generatie mobiele telefonie.......................................................................... 16 Tabel 2.5: Geschiedenis mobiele telefonie ........................................................................................... 18 Tabel 2.6: GPRS-datasnelheden in Kbps................................................................................................ 29 Tabel 2.7: EGPRS transmissie modes .................................................................................................... 31 Tabel 2.8: ECSD transmissie modes....................................................................................................... 31 Tabel 3.1: Gamma mobiele systemen Phoenix Contact........................................................................ 36 Tabel 3.2: CAN gateway vergelijking ..................................................................................................... 38 Tabel 3.3: Benodigde componenten Phoenix Contact .......................................................................... 38 Tabel 3.4: Gamma mobiele systemen eWON ....................................................................................... 38 Tabel 3.5: Vergelijking Talk2M .............................................................................................................. 40 Tabel 3.6: Benodigde componenten eWON ......................................................................................... 40 Tabel 3.7: Gamma cellulaire IP gateways MOXA .................................................................................. 43 Tabel 3.8: Benodigde componenten MOXA .......................................................................................... 44 Tabel 3.9: Gamma mobiele systemen RMCAN ..................................................................................... 44 Tabel 3.10: Voor- en nadelen type één directe dataverbinding ........................................................... 46 Tabel 3.11: Voor- en nadelen type twee directe dataverbinding ......................................................... 46 Tabel 3.12: Benodigde componenten RMCAN...................................................................................... 47 Tabel 3.13: Gamma mobiele systemen IFM .......................................................................................... 47 Tabel 3.14: Benodigde componenten IFM ............................................................................................ 47 Tabel 3.15: Verschillende producenten overzicht................................................................................. 48 Tabel 3.16: Benodigde componenten grote overdrachtsnelheid ......................................................... 49 Tabel 3.17: Overzicht GSM operatoren België – CSD ............................................................................ 50 Tabel 3.18: Overzicht GSM operatoren België – data service ............................................................... 50 Tabel 4.1: Minimum vertraging GSM netwerken .................................................................................. 61


Academiejaar 2010 - 2011 X

1. Inleiding 1.1.

Bedrijfsvoorstelling

De firma AVR, te zien op figuur 1, is gelegen in het centrum te Roeselare. Het bedrijf is opgericht in 1849 door de familie Vansteenkiste. Oorspronkelijk was deze firma een kleine smidse gespecialiseerd in het vervaardigen van handgereedschappen voor landen tuinbouw. Later werd deze vaardigheid uitgebreid met het bouwen van aardappelrooiers. In 1983 splitste de firma AVR op in twee afzonderlijke ondernemingen: AVR-Tools en AVRMachinery. De onderneming AVR-Tools commercialiseert handgereedschappen. De firma AVR Machinery is een toonaangevend bedrijf geworden op het gebied van de aardappelrooiers. Het gamma aan aardappelrooiers werd steeds verder uitgebreid, waarvan enkele te zien op figuur 1.2. Tot op de dag van vandaag is AVR het bedrijf met de langste ervaring in deze sector.

Figuur 1.1: Firma AVR

Figuur 1.2: Enkele aardappelrooiers die AVR te bieden heeft


Academiejaar 2010 - 2011 1

1.2.

Situering eindwerk

Het op afstand diagnose stellen en programmatie van een mobiel voertuig is momenteel een zeer belangrijk onderwerp. Het heeft invloed op twee belangrijke zaken, namelijk geld en service. Aangezien vele bedrijven export voeren naar verschillende landen, is service belangrijk om de klant zo goed mogelijk te helpen en tevreden te stellen. Wanneer er zich een probleem voordoet, is het handig om vanuit het bedrijf een overzicht te hebben van de huidige situatie en het mogelijk probleem. Hierdoor wordt er een som geld uitgespaard, vermits er geen opgeleid personeel ter plaatse moet gaan om het probleem vast te stellen. Door op afstand diagnose te stellen van een mobiel landbouwvoertuig, kan mogelijks het probleem onmiddellijk vastgesteld worden. Wanneer dit een softwareprobleem is kan er meteen ingegrepen worden door de programmatuur aan te passen. Indien het een hardwareprobleem is, kan de nodig info doorgespeeld worden aan een opgeleid personeelslid. Hierdoor eenmaal ter plaatse, kan het probleem meteen aangepakt worden en zo de service versnellen. De klant wordt sneller geholpen en zijn verlies, door stilstand, beperkt.

1.3.

Doelstellingen

Het doel van dit eindwerk is het op afstand diagnose stellen van een mobiel landbouwvoertuig, dit om makkelijker problemen te gaan detecteren. Naast diagnose stellen moet het programmeren van het landbouwvoertuig ook mogelijk zijn. Een bijkomende eis is dat dit moet mogelijk zijn met de huidige gebruikte software en interface. Een eerste deel is dus een studie uitvoeren naar de beschikbare technieken voor draadloze communicatie. Hieruit moet een keuze gemaakt worden voor de meest geschikte oplossing voor deze probleemstelling. Hierbij moet rekening gehouden worden met de datasnelheden waarmee moet worden getransfereerd zowel voor diagnose en programmatie. Ook moet er rekening gehouden worden of er wel dekking is voor dit type mobiele communicatie naar de desbetreffende exportlanden. Een tweede deel is de best geschikte module, qua prijsverhouding en beschikbare opties te achterhalen via een marktstudie van verschillende fabrikanten. In het laatste deel moet er een praktische opstelling worden geïntegreerd in een bestaand landbouwvoertuig. Hierbij moet er voor gezorgd worden dat de communicatie tussen bestaande apparatuur en de aangekocht module vlot verloopt. Hiervoor is de kennis van het CAN- bus netwerk vereist. Wanneer dit alles in orde is gebracht moeten er nog enkele tests worden uitgevoerd.



2. Theoretische Beschouwing 2.1.

Inleiding

Vooraf worden de beschikbare mobiele communicatietechnieken onderzocht. Wanneer de belangrijkste technieken kort besproken zijn, zal er een keuze gemaakt worden aan de hand van de opgegeven eisen zoals: dekking, dataoverdrachtsnelheid, beschikbaarheid, …

2.2.

Belangrijkste mobiele communicatietechnieken

Mobiele communicatietechnieken worden opgedeeld in 4 grote groepen: 

Telecommunicatie



Satelliet



Draadloos LAN



Broadcast

Deze vier technieken maken vrijwel allemaal gebruik van radiogolven met uitzondering van de infraroodtechniek. Door gebruik te maken van radiogolven heeft dit enkele voordelen. Door jarenlange studie is het mogelijk dat radiotransmissie grote gebieden kan bestrijken. Indien er rekening wordt gehouden met weerkaatsing kan er extra dekking worden bekomen. Radiotransmissie gebaseerde producten zullen veel hogere transmissiesnelheden bieden dan infrarood, met uitzondering van gerichte laserverbinding. Dit is echter meestal niet van toepassing bij mobiele applicaties. Dit belangrijk voordeel is ook een nadeel. Radiotransmissie is namelijk gevoelig voor interferentie. Hierdoor kunnen elektrische apparaten de verzonden signalen vernietigen. Een bijkomend nadeel is dat radiotransmissie enkel toegestaan is op vooraf bepaalde frequentiebanden. Alvorens deze technieken uitgebreider te bespreken is een basiskennis van radiotransmissie vereist, dit zal in de volgende paragraaf 2.3 besproken worden.



2.3.

Basisprincipes radiogolven

2.3.1. Radiofrequentiespectrum Een radiogolf ofwel radiofrequente straling, zijn golven in de vorm van elektromagnetische straling . Deze radiogolf kan uiteenlopende golflengtes aannemen. Radiotransmissie heeft een groot aantal frequentiebanden beschikbaar. Het radiofrequentiespectrum begint bij 3KHz en eindigt bij 300 GHz, te zien op figuur 2.1. Wanneer er boven de 300 GHz gegaan wordt, dan is de absorptie van elektromagnetische straling door de aardse atmosfeer zo groot, dat de atmosfeer ondoordringbaar is voor elektromagnetische straling.

Figuur 2.1: Radiofrequentiespectrum

2.3.2. Signaalvoortplanting Bij draadloze communicatienetwerken is er sprake van zenders en ontvangers zoals ook terug te vinden is bij bedrade netwerken. De manier waarop het signaal zich voortplant, is echter totaal verschillend. Bij draadloze communicatie is het moeilijk om het gedrag van het signaal te voorspellen, terwijl bij bedrade netwerken dit precies kan voorspeld worden. Figuur 2.2 geeft het ideale geval weer, dit houdt in dat het signaal gedrag wel voorspelbaar wordt.

Figuur 2.2: signaalvoortplanting vacuüm



Transmissiebereik: Hier is transmissie mogelijk binnen een bepaalde straal, dit wil zeggen dat een ontvanger deze signalen ontvangt met een voldoende laag foutenpercentage. Detectiebereik: Binnen een tweede straal is detectie van signaalvoortplanting mogelijk, dit wil zeggen dat het signaal sterk genoeg is tegenover het achtergrond ruis. Hier is het niet meer mogelijk om te communiceren, omdat het foutenpercentage te hoog is. Interferentiebereik: Wanneer de straal nu nog vergroot, kan de zender andere transmissies interfereren. Hier is detectie niet meer mogelijk, maar kan dus wel andere signalen storen. Zoals te zien is in figuur 2.2 heeft dit eenvoudige schema geleid tot het idee van cellen rond de zender (zie paragraaf 2.3.6: cellulaire systemen). Dit is echter niet ideaal, daar er een atmosferische toestand en obstakels zoals gebouwen, bergen, … voorkomen. Dit heeft als gevolg dat het werkelijk beeld geen cirkels zijn maar eerder grillige veelhoeken.

2.3.1. Demping De energetische waarde van een signaal of met andere woorden de sterkte van het signaal hangt van verschillende factoren af. Wanneer er tussen zender en ontvanger ideaal een vacuüm heerst, dan zal de sterkte van het signaal aan kracht verliezen naarmate de afstand toeneemt. Pr = P0 / r²

(2.1)

Formule 2.1 geeft het verband weer tussen ontvangststerkte(Pr) en de afstand (r) met een zendsterkte (P 0). Hieruit kan afgeleid worden dat de ontvangststerkte omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand. De verklaring van dit verschijnsel is relatief eenvoudig. Wanneer de zender wordt voorgesteld als een puntbron in de ruimte, die een bepaalde energie uitstuurt (zie figuur 2.3) dan zal deze energie zich voortplanten als een bolvormige golf van de zender weg. Naarmate de ontvanger verder verwijderd is van de zender, neemt de straal van de bol toe. Met andere woorden zal dezelfde hoeveelheid energie die verzonden werd, verspreid worden over een groter boloppervlak. Het boloppervlak S neemt dus toe via volgende vergelijking: S = 4.π.r².

Figuur 2.3: demping principe

De situatie wordt ingewikkelder wanneer er zich materie tussen zender en ontvanger bevindt. Hierdoor zal er rekening moeten gehouden worden met de frequentie van het signaal, want die bepaalt de doordringbaarheid van het signaal door een voorwerp. Er worden drie basisverschijnselen onderscheiden: Grondgolf: ( <2 MHz): Golven met lage frequentie. Deze golven planten zich over een grote afstand voort. Luchtgolf: (2-30 MHz): Golven die berusten op weerkaatsing in de ionosfeer, in staat om de wereld rond te gaan.



Zichtlijn: ( >30 MHz): Golven die ongeveer een rechte zichtlijn (Line Of Sight: LOS) volgen. Vooral toegepast bij satellietcommunicatie, indien aardse communicatie toegepast wordt, berust het op het brekingsprincipe.

2.3.2. Signaalvoortplantingeffecten In het ideale geval verloopt de signaalvoortplanting via een rechte lijn van zender naar ontvanger (LOS). Praktisch gezien is dit meestal niet het geval. Werkelijk doen er zich verschillende vormen van verzwakking voor, dit te wijten aan de vele bouwstructuren. De ergste vorm van verzwakking is afschaduwing, zie figuur 2.4. Naarmate de frequentie toeneemt, hoe meer het signaal zich gedraagt als licht. Hierdoor kunnen zelfs kleine obstakels ervoor zorgen dat het signaal geblokkeerd of sterk afgezwakt wordt.

Figuur 2.4: Afschaduwing

Een ander effect is reflectie , zie figuur 2.5. Wanneer een object groot is ten opzichte van de golflengte, dan zal het signaal weerkaatst worden. Het gereflecteerd signaal is echter in energie afgenomen daar het object een deel van de energie heeft opgenomen.

Figuur 2.5: Reflectie

Een volgend effect is breking, te zien op figuur 2.6. Dit effect treedt op doordat de snelheid van een elektromagnetische golf afhangt van de dichtheid van het medium waar ze doorheen bewegen. Wanneer de dichtheid van het medium toeneemt, dan wordt de golf naar het medium toegebogen.

Figuur 2.6: Breking



Wanneer de grootte van het object in de buurt ligt van de golflengte of minder, kan het signaal verstrooid worden, te zien op figuur 2.7. Dit houdt in dat het signaal zicht opsplitst in meerdere zwakkere signalen. Hiermee moet rekening gehouden worden, want een typische golflengte voor radiotransmissie van een GSM netwerk is enkele tientallen centimeter. Daardoor zullen tal van objecten in de omgeving voor verstrooiing zorgen.

Figuur 2.7: Verstrooiing

Een laatste effect is diffractie, te zien op figuur 2.8. Dit laatste effect lijkt sterk op verstrooiing. Het verschil zit hem in patronen met uiteenlopende signaalsterkte.

Figuur 2.8: Diffractie

Deze voorafgaande effecten die zojuist besproken werden, doen zich meestal allemaal tegelijk voor. Dit zorgt ervoor dat de precieze signaalsterkte op een bepaald punt in de ruimte moeilijk te voorspellen is.

2.3.3. Meerpadsvoortplanting De voortplantingseffecten die zojuist besproken werden, geven aanleiding tot één van de ernstige manieren waarop een signaal kan verstoord worden. Dit wordt namelijk meerpadsvoortplanting genoemd. Zoals te zien is op figuur 2.9 kan het uitgestuurde radiosignaal door een zender verschillende paden volgen omwille van deze effecten. Door het gevolg van de eindige snelheid van licht, zullen signalen langs verschillende paden de ontvanger op verschillende tijdstippen bereiken. Dit wordt delay spread genoemd, te zien op figuur 2.10. Dit is kenmerkend voor radiotransmissie, omdat het signaal geen vast pad volgt zoals een bedraad netwerk. Delay spread zorgt voor twee effecten. Een eerste effect is dat een korte puls opgedeeld wordt in verschillende zwakkere pulsen, of uitgesmeerd in een bredere puls. Als er nu een tweede puls verstuurd wordt en deze twee worden opgevangen door de ontvanger, overlappen de twee pulsen elkaar. Er wordt hier gesproken van interfereren. Dit tweede effect wordt InterSymbol Interference (ISI) genoemd.



Figuur 2.9: Meerpadsvoortplanting

Indien er rekening wordt gehouden met de vertragingen veroorzaakt door delay spread kunnen deze vervormingen compenseren, dit door middel van een equalizer.

Figuur 2.10: Gevolgen delay spread

2.3.4. Multiplexing Multiplexing of multiple access beschrijft hoe het medium maximaal benut kan worden bij minimale interferentie. Dit zorgt ervoor dat verschillende gebruikers gebruik kunnen maken van het medium. Multiplexing kan plaatsvinden in vier dimensies namelijk: ruimte, tijd, frequentie en code. Multiplexing heeft dus als taak om aan alle communicatiekanalen een welbepaalde invulling te geven voor deze dimensie, om zo minimale interferentie van het medium te garanderen. Volgende technieken worden het meest toegepast, zie figuur 2.11.



Figuur 2.11: Multiplexing technieken

Frequency Division Multiple Access (FDMA): Bij deze techniek wordt de frequentieband opgedeeld in verschillende kanalen zodat iedere communicatie wordt uitgevoerd op een verschillende frequentie, zie figuur 2.12. Om een FDMA systeem te realiseren, vergt dit toch wel enige aandacht. Doordat er met verschillende kanalen wordt gewerkt, moet elk kanaal over zijn eigen zender beschikken. Het wordt duidelijk dat er dus een goede afstemming tussen zender en ontvanger nodig is .

Figuur 2.12: Frequency Division Multiple Access (FDMA)

Time Division Multiple Access (TDMA): Bij deze techniek worden de individuele stations cyclisch toegewezen aan een frequentie die enkel toegankelijk is gedurende een voorgedefinieerde tijdslot. Dit komt erop neer dat alle zenders dezelfde frequentie gebruiken, maar op verschillende tijdstippen. Deze techniek vergt dus een synchronisatie tussen zender en ontvanger. Frequency en time divison multiplexing wordt meestal gecombineerd. Er worden twee gevallen onderscheiden, te zien in figuur 2.13. In een eerste geval wordt de frequentie range opgedeeld in verschillende kanalen. Deze kanalen bevatten op hun buurt eigen TDMA kanalen, dit zal er voor zorgen dat er gewerkt wordt met een grotere bandbreedte. Een tweede manier is dat elk TDMA kanaal op een verschillende frequentie wordt verstuurd. Dit zorgt ervoor dat deze techniek minder gevoelig is voor interferentie.



Figuur 2.13: TDMA met meerdere dragerfrequenties,TDMA met frequentiehoppen

Code Division Multiple Access (CDMA): Bij deze techniek gebruikt iedere ontvanger de gehele bandbreedte voor de volledige connectietijd. Om de signalen nu te scheiden, indien ze op dezelfde frequentie aan het zenden zijn, worden orthogonale codes toegekend, zie figuur 2.14. Orthogonale codes zijn codes die ver genoeg van elkaar liggen. Deze techniek wordt vooral toegepast bij broadcast systemen. Space Division Multiple Access (SDMA): Bij deze techniek wordt er een aparte ruimte voorzien per gebruikt kanaal. Dit kan vergeleken worden met auto’s op een autosnelweg. Er wordt voor iedere auto een aparte rijbaan gemaakt. Hoewel het duidelijk is dat deze methode een verspilling van ruimte is, is dit precies de manier waarop het klassieke analoog telefoonsysteem werkt. Elke abonnee krijgt een apart paar koperen draden naar de lokale centrale toegewezen. SDMA wordt meestal gecombineerd met de andere multiple access technieken.

Figuur 2.14: Code Division Multiple Access (CDMA)

2.3.5. Modulatie Doordat er gebruik wordt gemaakt van radiogolven in draadloze netwerken, kan digitale transmissie echter niet worden toegepast. Hier moet de binaire stroom eerst worden omgezet in een analoog signaal. Deze omzetting gebeurt door gebruik te maken van één van de drie basismethoden; namelijk Amplitude-Shift Keying (ASK) of digitale AM, Frequency-Shift Keying (FSK) of digitale FM en Phase-Shift Keying (PSK) of digital PM. Naast het AVR Pervoot Frederick


omzetten van digitale data in analoge signalen, is voor draadloze transmissie nog een andere modulatie nodig. Dit is namelijk een modulatie techniek die het basisbandsignaal opschuift naar de radiofrequentie van het draagsignaal. De reden waarom het basisbandsignaal niet rechtstreeks kan worden uitgezonden, is omdat er geen gebruik kan worden gemaakt van Frequency Division Multiple Access (FDMA). Amplitude-Shift Keying (ASK): Dit is een van de eenvoudigste maar wel minst toegepaste techniek. De amplitude van een drager of ook wel carrier genoemd, wordt aangepast in functie van de binaire data, zie figuur 2.15b. Frequency-Shift Keying (FSK): Hier wordt de frequentie van een drager gewijzigd in functie van de binaire datastroom, zie figuur 2.15c. Een veel gebruikte FSK in vele draadloze systemen is Minimum Shift Keying (MSK). MSK is het zelfde als FSK maar zonder abrupte fase veranderingen. Figuur 2.16 toont een voorbeeld over hoe MSK geïmplementeerd wordt. In een eerste stap worden de data bits verdeeld in even en oneven bits, waarbij de duur van iedere bit wordt verdubbeld. Een tweede stap is het genereren van een hoge en lage frequentie. Aan de hand van volgende regels wordt een keuze gemaakt of de hoge of lage frequentie wordt gebruikt. 

Even en oneven bit = 0 : Geïnverteerd hoge frequentie signaal wordt gebruikt



Even bit = 1 en oneven bit = 0 : Geïnverteerd lage frequentie signaal wordt gebruikt



Even bit = 0 en oneven bit = 1 : Lage frequentie signaal wordt gebruikt



Even en oneven bit = 1 : Hoge frequentie signaal wordt gebruikt

Wanneer nu een Gaussian lowpass filter wordt toegepast bij deze techniek, zal dit resulteren in Gaussian MSK (GMSK) modulatie. Dit is een modulatie techniek die bijna voor alle draadloze standaarden wordt gebruikt. Phase-Shift Keying (PSK): Hier wordt de frequentie en de amplitude van de drager constant gehouden. Wanneer er een verandering is van logisch ‘0’ naar logisch ‘1’ zal dit gepaard gaan met een fase shift van 180°, zie figuur 2.15d.

Figuur 2.15: Amplitude(b), frequency(c) en phase-shift(d) keying



Figuur 2.16: Minimum Shift Keying (MSK)

2.3.6. Cellulaire systemen Cellulaire systemen voor mobiele communicatie maken gebruik van SDM. Elke zender, doorgaans basisstation genoemd, bestrijkt een bepaald gebied, namelijk een cel. De straal van de cel kan variëren. Een cel heeft geen perfecte cirkelvorm maar eerder een veelhoekvorm (zie paragraaf 2.3.2).

Figuur 2.17: Cellulair systeem met 3, 4 en 7 celclusters



Deze techniek wordt vooral bij mobiele telecommunicatie systemen gebruikt. In dit verband dringt zich de vraag op waarom telecommunicatie gebruik maakt van vele kleine cellen, in plaats van een beperkt aantal grote cellen. Dit is te verklaren door volgende voordelen: Grotere capaciteit: Door gebruik te maken van SDM kunnen frequenties hergebruikt worden. Dit is belangrijk, want de beschikbare frequentieband is niet zo groot bij telecommunicatie. Voorbeeld: bij GSM kan er een bandbreedte van 35 MHz bezet worden bij een 900 MHz frequentie range. Dit wil zeggen dat er maximum ongeveer 1000 kanalen kunnen worden gerealiseerd. Doordat er verschillende frequenties worden hergebruikt, vergroot de capaciteit. Geringe interferentie: Doordat er gebruik wordt gemaakt van kleinere cellen, wordt de afstand tussen basisstation en de ontvanger kleiner, waardoor er enkel rekening moet worden gehouden met ‘lokale’ interferentie en niet met interferentie op grote afstanden, die voor veel meer problemen zorgt. Robuustheid: Door meerdere kleinere cellen te gebruiken wordt ervoor gezorgd dat het systeem gedecentraliseerd is. Dit houdt in wanneer er een antenne niet werkt, slechts een klein gebied hier invloed zal van ondervinden. Om interferentie te voorkomen, maken zenders die zich in elkaars interferentiebereik bevinden, gebruik van FDM gecombineerd met TDM, zie paragraaf 2.3.4 figuur 2.13. Om er voor te zorgen dat er minimale interferentie plaatsvindt, worden de cellen in clusters opgedeeld , zie figuur 2.17. Vaste toewijzing van frequenties aan clusters en cellen is niet erg efficiënt als de belasting varieert. Dit wordt ook wel Fixed Channel Allocation (FCA) genoemd. Als er in een bepaalde cel zware belasting optreedt en de cel ernaast onbelast is, zou het handig zijn om frequenties te lenen. Indien een cel meerdere ontvangers bezit, zal deze meer frequenties worden toegewezen. Dit zorgt ervoor dat de cel minder belast wordt. Dit wordt Borrowing Channel Allaocation (BCA) genoemd. Nu al deze begrippen besproken werden, kan er een globaal beeld gevormd worden over hoe draadloze communicatie door middel van radiogolven werkt. Voor een uitgebreider beeld over de werking wordt er verwezen naar desbetreffende literatuur [1]. [1] Eberspächer, J., Vögel, H.J., Bettstetter, C., Hartmann, C., GSM – Architecture, Protocols and Services, 3d ed, West Sussex, John Wiley & Sons, 2009, ISBN: 978- 0- 470- 03070- 7



2.4.

Mobiele communicatie

2.4.1. Inleiding Zoals besproken werd in paragraaf 2.2 kunnen er vier communicatietechnieken onderscheiden worden. Daar er nu voldoende kennis is omtrent radiogolven, kunnen de verschillende technieken apart besproken worden. Omdat de fundamentele eis van onze toepassing diagnose en programmatie is, moet er rekening worden gehouden met enkele factoren. 

Dataoverdrachtsnelheid



Dekkingsgraad



Wereldwijde beschikbaarheid



Betrouwbaarheid



Beschikbaarheid in de industrie

Uit deze gegevens kunnen de nodige conclusies getroffen worden om een keuze te maken van de best geschikte communicatietechniek voor deze toepassing.

2.4.2. Satellietcommunicatie Wanneer er gesproken wordt van satellietcommunicatie kan er gesproken worden van verschillende toepassingen. Enkele toepassingen zijn, GPS ofwel Global Positioning System genoemd, satelliet internet, satelliet TV, …. De toepassing die kort besproken zal worden is satelliet internet, dit omdat dataoverdracht mogelijk moet zijn bij diagnose en programmatie. De service van satelliet internet toegang kan worden verleend aan gebruikers in de wereld door middel van Low Earth Orbit (LEO) satellieten. Dit type satelliet systeem heeft een breed scala van verschillende functies en technische beperkingen, die sterk het nut en prestatie van een specifieke toepassing kan beïnvloeden. Tabel 2.1 heeft de belangrijkste kenmerken van satelliet internet weer. Tabel 2.1: Satelliet internet

Satelliet internet kenmerken Medium

Lucht of vacuüm

Gemiddelde download snelheid

1 Mbps

Gemiddelde upload snelheid

256 Kbps

Delay (vertraging)

Max 900 ms

Frequentiebanden

L, C, Ku, Ka

Dekking

100 – 6000 km

Satellietcommunicatie brengt voor- en nadelen met zich mee. Daar de toepassing op wereldwijd niveau moet kunnen werken, zijn de relatieve grote downloaden upload snelheid en de grote dekkingsgraad een voordeel. Een nadeel is echter dat deze communicatie afhankelijk is van de baan rond de aarde, waar de satelliet zich in bevindt. Dit brengt met zich mee dat er maar een bepaalde tijd verbinding zal zijn met de satelliet. Dit wordt opgelost door AVR Pervoot Frederick


over te schakelen naar een naburige satelliet, maar dit zorgt voor vertragingen en niet betrouwbare dataoverdracht. Een tweede nadeel is de grote satelliet schotel en de daarbij horende modem, die voor problemen kunnen zorgen bij implementatie op de toepassing. Het grootste nadeel van deze techniek is echter de beschikbaarheid in de industrie. Momenteel zijn er veel applicaties in de IT wereld die al gebruik maken van deze techniek. Wanneer dit vergelijken wordt met de industrie is dit echter miniem. Dit komt doordat de techniek zich nog niet betrouwbaar heeft bewezen voor de industrie en omdat vele applicatie in de industrie ten alle tijden moeten veilig zijn. Hierdoor is betrouwbaarheid een must.

2.4.3. Broadcast Broadcast wordt gedefinieerd als het ter gelijke tijd verzenden van data door een centrale zender naar vele ontvangers. Hierbij is er enkel eenrichtingscommunicatie mogelijk. Aan de hand van deze definitie kan er besloten worden dat deze techniek niet zal kunnen worden gebruikt voor deze toepassing. Dit doordat er maar in één richting communicatie mogelijk is. In deze toepassing wordt er gewerkt met één zender en vele ontvangers, maar de zender mag maar één ontvanger tegelijk aanspreken.

2.4.4. Draadloos LAN WLAN of Wireless Local Area Network wordt gebruikt om draadloze verbindingen over een beperkte afstand op te zetten. Deze afstanden variëren van 10 tot 100 meter. Wanneer er gebruik wordt gemaakt van directionele antennes kunnen er verbindingen gerealiseerd worden tot enkele kilometers. Een WLAN netwerk kan op twee manieren worden opgebouwd, namelijk: peer to peer of ad-hoc netwerk en een infrastructuur netwerk. Het infrastructuur netwerk is een netwerk waarbij alle deelnemers verbinden op een access point. Het access point bepaalt op zijn beurt welke encryptie en welke deelnemer op welk moment mag zenden. Een ad-hoc netwerk maakt geen gebruik van een access point. In dit type netwerk communiceren de deelnemers rechtsreeks met elkaar door middel van independent basic service set. Tabel 2.2 heeft enkele eigenschappen van een WLAN netwerk weer. Dit type netwerk is een betrouwbaar netwerk en wordt ook toegepast in de industrie. Daar er slechts dekking is tot enkele kilometers, is deze techniek echter niet geschikt voor deze toepassing. Deze techniek wordt meestal locaal gebruikt en niet mobiel. Tabel 2.2: Draadloos LAN

WLAN kenmerken


Medium

Lucht of vacuüm

Gemiddelde snelheid

54 Mbit/s

Frequentiebanden

2,5 – 5 GHz

Dekking

Max 3 km


2.4.5. Telecommunicatie Dit type netwerk is het snelst groeiende op de markt voor mobiele en draadloze apparatuur. Er zijn verschillende cellulaire netwerken, maar het meest populaire systeem met een marktaandeel van zeventig procent is GSM (Global System for Mobile communication). Tabel 2.3 heeft enkele eigenschappen van een GSM netwerk. Tabel 2.3: GSM netwerk

GSM kenmerken Medium

Lucht of vacuüm

Gemiddelde snelheid

Afhankelijk van service: max 384 Kbps

Frequentiebanden

850/900/1800/1900 MHz

Dekking

Per GSM cel straal tot 35 km

Dit type netwerk voldoet aan alle vooraf gedefinieerde eisen. Daar dit type netwerk zeer populair is, is de wereldwijde beschikbaarheid zeer groot. Doordat er steeds meer en meer gebruik wordt gemaakt van dit type netwerk, worden er steeds verbeteringen toegepast. Dit zorgt voor een relatieve grote betrouwbaarheid. Dit zorgt er ook voor dat de dekking meestal een groot gebied bestrijkt, zodat alle gebruikers toegang kunnen krijgen tot dit netwerk. De betrouwbaarheid van dit type netwerk is al reeds bewezen, vandaar dat dit meer en meer wordt toegepast in de industrie. Het enige nadeel aan dit type netwerk is de relatief lage dataoverdrachtsnelheid, maar dit is afhankelijk van toepassing tot toepassing. Een ander type telecommunicatie dat sedert 2000 een flinke opmars is begonnen, is namelijk het 3G netwerk. 3G de staat voor de 3 generatie mobiele telefonie. Hier is vooral de aandacht gericht op het Universal Mobile Telecommunication System netwerk (UMTS). Deze nieuwe generatie brengt enkele voor- en nadelen met zich mee. Een groot voordeel is de grote toename in dataoverdrachtsnelheid. Deze is tot zes maal sneller dan het gewone GSM netwerk. Doordat dit een verbeterde versie is van GSM is de betrouwbaarheid gelijk gebleven. Het grootste nadeel is echter dat dit type netwerk een heel nieuwe infrastructuur vereist. Dit zorgt ervoor dat de beschikbaarheid wereldwijd afhangt in hoever deze infrastructuur geïmplementeerd is. Anno 2010 is de vraag naar mobiel internet zo groot dat vele landen 3G al reeds geïmplementeerd hebben in hun huidig netwerk of hiermee bezig zijn. Tabel 2.4 geeft enkele dataoverdrachtsnelheden weer van 3G. de

Tabel 2.4: Snelheden 3 generatie mobiele telefonie

3G - UMTS

3,5G - HSDPA

3,75G – HSUPA

4G - LTE(Testfase)

Max 2 Mbps

Max 14 Mbps

Max 35 Mbps

Max 100 Mbps

2.4.6. Besluit Uit deze bevinding kan er geconcludeerd worden dat GSM het meest geschikt is voor onze toepassing. Dit type netwerk zal in paragraaf 2.5 dieper worden besproken.



2.5.

Global System for Mobile communication (GSM)

2.5.1. Inleiding GSM is een aanduiding voor een standaard voor digitale mobiele telefonie. Momenteel staat de afkorting voor de “Global System for Mobile communication”. GSM wordt beschouwd als de 2 generatie mobiele telefonie (2G). GSM is de meest gebruikte standaard voor mobiele telefonie in de wereld. GSM-diensten worden gebruikt door meer dan 4 miljard mensen in meer dan 210 landen. Figuur 2.18 toont het snelgroeiend marktaandeel van het GSM netwerk[2].

Figuur 2.18: Marktgroei GSM network

[2] Acharya, S. (2008), Worlwide mobile cellular subscribers [on line]. http://www.itu.int/newsroom/press_releases/2008/29.html (datum van opzoeking: 27/11/10).

2.5.2. Geschiedenis De ontwikkeling van de mobiele telefonie kende verschillende systemen zonder dat er een echte standaard was. Hiervoor waren er problemen met compatibiliteit tussen die verschillende systemen. In 1982 werd daarom de “Groupe Spécial Mobile” opgericht, die uiteindelijk de initialen leverde voor het systeem. Later werd de betekenis hiervan veranderd naar “Global System for Mobile Communication”. In de loop der jaren werden verschillende generaties van standaarden onderscheiden naarmate de ontwikkeling vorderde. Generatie nul (0G) werd in 1946 in dienst genomen en was de eerste commerciële draadloze telefoon. e Deze standaard maakte gebruik van analoge radiosignalen. In 1980 werd de 1 generatie (1G) standaard in gebruik genomen. Dit zorgde voor de eerste draadloze telefoon voor thuisgebruik en maakte ook van analoge radiosignalen gebruik. Ze boden enkel en alleen een beldienst aan (voice-only, speech-only), omwille van de zeer lage de bandbreedte die een groter dataverkeer nog niet mogelijk maakt. In 1980 werd de 2 (2G) generatie in dienst genomen. Dit waren de eerste gsm’s zoals deze nu gekend zijn. Dit was de eerste standaard die gebruik maakte van digitale signalen. Dit zorgde voor een groter bereik en een veiligere verbinding. Dankzij de hogere bandbreedte was het nu mogelijk om tekstberichten (SMS) en later ook multimediaberichten (MMS) te versturen. Nog later werd het AVR Pervoot Frederick


de

mogelijk om mobiel internet te raadplegen met WAP-technologie. In 1999 werd een toevoeging aan de 2 generatie standaard voorzien, dit leidde tot GPRS (2.5G). De 2.5 standaard maakt gebruik van pakketschakeling en zorgt voor een verhoogde transmissiesnelheid. Later, vanaf 2003, deed ook EDGE ofwel ook EGPRS genoemd hun intrede. Deze standaard wordt ook wel de 2.75G standaard genoemd. Het principe van pakketschakeling is gelijk zoals GPRS, maar er wordt gebruik gemaakt van een andere modulatietechniek die ervoor zorgt dat de transmissiesnelheden tot viermaal vlugger verlopen. Deze standaard voldoet ook aan de specificatie van 3G. Het verschil is echter dat deze technologie geen (dure) nieuwe infrastructuur vereist. In 2003 werd de Internationale Mobiele Telecommunicatie2000 (IMT-2000) standaard, ook wel 3G genoemd in gebruik genomen. Deze standaard is een familie van verschillende standaarden. Deze technologie heeft transmissiesnelheden tot 300 Mbit/s. Er is echter een nadeel aan deze standaard verbonden, namelijk dat de vorige infrastructuur niet meer voldoen aan de eisen. Door zware investeringen van wereldwijde operatoren maakt het mogelijk dat 3G snel evolueert. Begin 2010 werd 4G standaard geïntroduceerd. Deze standaard is gebaseerd op LTE-technologie (Long Term Evolution). Deze technologie haalt theoretische snelheden van 1Gbit/s in stilstand, en 100 Mbit/s bij beweging. Deze technologie opent probleemloos de deur voor mobiel internet in auto, trein, … .Deze technologie is hedendaags nog niet beschikbaar, maar er worden volop netwerken uitgebouwd en getest. De eerste apparaten met deze technologie worden in 2012 in de winkels verwacht. Tabel 2.5 geeft kort de geschiedenis van mobiel telefonie weer. Tabel 2.5: Geschiedenis mobiele telefonie

Jaar

gebeurtenis

1946 1980

De eerste commerciële draadloze telefoon (0G) Eerste draadloze telefoon voor thuisgebruik (1G). Deze ondersteunt enkele voice –en speech only. Eerste gsm’s zoals deze nu gekend zijn (2G). Short Message Service (SMS) is toegevoegd aan de standaard. Dit maakt het versturen van tekstbericht mogelijk. Multimedia Messaging Service (MMS) is toegevoegd aan de standaard. Dit zorgt ervoor dat afbeeldingen kunnen verstuurd worden. Wireless Application Protocol (WAP) is toegevoegd aan de standaard. Hierdoor zijn web-diensten via mobiele telefoon beschikbaar.

1991 1993 1998

1999 2003

2010


General Packet Radio Service (GPRS) standaard ontwikkeld (2.5G). Deze standaard zorgt voor efficiënt verzenden van mobiele data. Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE) standaard ontwikkeld. EDGE toegepast op het GSM netwerk ook nog EGPRS genoemd, zorgt voor een nog sneller dataoverdracht. Internationale Mobile Telecommunicatie-200 standaard (IMT2000) ontwikkeld (3G). Deze standaard maak mobiel internet overal mogelijk. 4G standaard ontwikkeld. Deze standaard is gebaseerd op LTEtechnologie (Long Term Evolution). Deze standaard maakt IPtelefonie, ultrabreedband mobiel internet, multimedia streaming mogelijk.


2.5.3. GSM infrastructuur Zoals bij alle systemen op het gebied van telecommunicatie geldt, heeft GSM een hiërarchische en complexe systeemarchitectuur die bestaat uit een groot aantal entiteiten. Figuur 2.19 geeft een vereenvoudigd overzicht van het GSM-systeem.

Figuur2.19: GSM architectuur

Een gebruiker draagt een Mobile Station (MS), dat kan communiceren over de lucht met een Base Tranciever Station (BTS). Een BTS bevat verzend – en ontvangapparatuur die bestaan uit een versterker, antenne en enkele componenten voor signaal en protocolverwerking. Het bereik van een BTS met daarin al zijn MS’s wordt een radio cell genoemd. De combinatie van enkele radiocellen vormen een Base Station Subsystem (BSS). Dit subsystem wordt bestuurd door het Base Controller Station (BCS). In de praktijk zijn het BTS en BCS met elkaar verbonden door middel van vaste lijnen of een punt tot punt radioverbinding. Het BSS en het BCS vormen samen het radio access network (RSS). De gecombineerde activiteit van een gebruiker wordt verwerkt door een switch, deze wordt het Mobile Switching Centre (MCS) genoemd. Het MCS heeft dezelfde werking binnen een vast telefoonnetwerk ook wel nog Integrated Service Digital Network (ISDN) genoemd. Dit houdt in: een pad zoeken, data vooruitsturen en het verwerken van verschillende services. Het enige verschil met MCS is dat er ook rekening wordt gehouden met de positie en de verplaatsing van een gebruiker. Dit zorgt ervoor dat het MCS enkele functies moet voorzien om de locatie te bepalen van een gebruiker en de overdracht mogelijk te maken van de verbinding wanneer er veranderd wordt van de ene radio cell naar de andere radio cell. Een GSM netwerk kan bestaan uit verschillende MCS’s die elk verantwoordelijk zijn voor een deel van het netwerk. Dit zorgt voor een spreiding van de belasting van het hele GSM netwerk. Een tweede voordeel van meerdere MCS’s is dat wanneer er iets fout loopt, dit enkel beperkt wordt tot deze MCS en niet tot het hele netwerk.



2.5.4. Fysieke laag De GSM fysieke laag, wat verwijst naar de eerste van de zeven lagen van het Open System Interconnection (OSI) model bevat alle radiospecifieke functies. Hiertoe behoren het creëren van vijf types burst, het multiplexen van een burst tot een TDMA-frame, de detectie van niet gebruikte kanalen en meting van kanaalkwaliteit. De fysieke laag beschrijft ook hoe de modulatie verloopt en hoe de data geëncrypteerd wordt. Tot de hoofdtaken van de fysieke laag behoren kanaalcodering en foutherkenning/correctie. Kanaalcodering maakt intensief gebruik van verschillende Foward Error Correction (FEC)-schema’s. FEC voorziet de gebruikersdata van redundantie, waarmee het mogelijk is om geselecteerde fouten te detecteren en te corrigeren. De FEC is ook de reden waarom foutdetectie en correctie zich afspelen op laag één en niet op laag twee zoals in het OSI-model.

2.5.4.1. Radio interface Er worden drie interfaces op laag één gedefinieerd: Radio interface (Um), A interface (A) en de Abis interface (Abis). De meest interessante interface in een GSM-systeem is de radio-interface Um. Het is de interface die een groot aantal mechanismen gebruikt voor multiplexing en mediatoegang zoals besproken in paragraaf 2.3. Voor mediatoegang wordt een combinatie van TDMA en FDMA gebruikt. Afhankelijk van welk type GSM band gebruikt wordt, kunnen er kanalen van 200 kHz breed worden gebruikt. Als voorbeeld wordt GSM 900 genomen. In GSM 900 worden 174 kanalen van elk 200 kHz breed gebruikt, zie figuur 2.20. Doorgaans zijn 32 kanalen gereserveerd voor organisatiegegevens van de provider en worden de resterende 142 kanalen voor gebruikers benut. Doordat er een combinatie van FDMA en TDMA gebruikt wordt, zal elk kanaal worden opgedeeld in frames, die voordurend worden herhaald. Een frame wordt op zijn beurt opgedeeld in acht GSM-time-slots, waarbij elke time-slot een fysiek TDMkanaal vertegenwoordigt en een levensduur heeft van 577 μs. De duur van een frame is dus 4,615 ms.

Figuur 2.20: Radio interface GSM 900

Gegevens worden in kleine porties verzonden, bursts genoemd. In figuur 2.20 is een zogenaamde normale burst te zien. Deze burst wordt gebruikt voor datatransmissie. Naast de normale burst worden nog vier andere burst gedefinieerd. De frequency correction burst zorgt ervoor dat interferentie met naburige kanalen wordt voorkomen. De synchronization burst zorgt voor de synchronisatie van het MS en BTS in de tijd. De access burst zorgt voor het initialiseren van de verbinding met MS en BTS. Als laatste een dummy burst dat er voor zorgt dat het tijdslot gevuld geraakt wanneer er geen gegevens beschikbaar zijn.



Om de hardware voor de zender eenvoudig te houden worden twee maatregelen getroffen. Allereerst worden de kanalen voor opwaartse en neerwaartse verbinding gescheiden gehouden. De tweede maatregel is dat het TDMA frames telkens drie slots in tijd worden verschoven, wat betekent dat een MS geen full-duplex zender moet beschikken, maar voldoende heeft met een half-duplex zender die heen en weer schakelt tussen ontvangen en zenden.

2.5.4.2. Framehiërarchieën Figuur 2.21 toont de logische combinatie van 26 TDMA-frames tot een multiframe met een duur van 120 ms. Aangezien deze logische kanalen stuk voor stuk bij gebruikersverkeer horen, wordt dit multiframe ook wel een traffic multiframe (TCH mulitframes) genoemd. TDMA-frames die gegevens bevatten van andere logische kanalen, worden gecombineerd tot een control multiframe (BCCH muliframes). Een control multiframe bestaat uit 51 TDMAframes en hebben een duur van 235,4 ms. De logische framehiërarchie zet zich voort, waarbij 26 multiframes met 51 frames, of 51 multiframes met 26 frames, worden gecombineerd tot een superframe. 2048 superframes vormen samen een Hyperframe met een totale duur van bijna 3,5 uur. Deze omvangrijke logische structuur is nodig voor encryptie. Door middel van het framenummer en slotnummer kan elk time-slot ondubbelzinnig gedefinieerd worden.

Figuur 2.21: GSM-framehiërarchie

2.5.4.3. Logische kanalen Op laag één van het OSI model wordt door GSM een serie van logische kanalen gedefinieerd. Deze logische kanalen zijn gebaseerd op een combinatie van de zojuist besproken fysieke kanalen. GSM specificeert twee basisgroepen logische kanalen, de zogenoemde verkeerskanalen en besturingskanalen: 

Verkeerskanalen (Traffic CHannel, TCH): Dit type kanaal wordt gebruikt voor het verzenden van gebruikergegevens, zoals bijvoorbeeld data of spraak. Dit kanaal draagt niks bij tot laag 3 van het OSI model. Een TCH kan volledig worden gebruikt (Full rate TCH, TCH/F) of gesplitst worden in twee halve kanalen (Half rate TCH, TCH/H), dit is afhankelijk van de gebruikte codec. Het type TCH heeft rechtstreeks invloed op de hoeveelheid data er verstuurd kan worden en ook op spraakkwaliteit.





Bestruringskanalen (Control CHannel, CCH): Dit type kanaal wordt gebruikt om de toegang tot het medium te regelen. Standaard worden er drie groepen besturingskanalen gedefinieerd, namelijk: Broadcast Control CHannel (BCCH), Common Control CHannel (CCCH) en Dedicated Control CHannel (DCCH). 

BCCH: verstuurt informatie van een BTS naar alle MS’en binnen een cel.



CCCH: verstuurt informatie omtrent het opzetten van een verbinding tussen MS en BS.



DCCH: verstuurt informatie omtrent authenticiteit en registratie van de gemaakte verbinding.

De kanalen mogen de beschikbare time-slots echter niet zomaar naar eigen inzicht gebruiken. GSM specificeert een zeer uitgebreid multiplexingschema dat verschillende framehiërarchieën kent. Dit zoals besproken in paragraaf 2.5.4.2.

2.5.4.4. Modulatie De digitale modulatie techniek die gebruikt wordt is GMSK. Deze techniek werd reeds besproken in paragraaf 2.3.5.

2.5.4.5. Multiplexing GSM maakt gebruik van FDMA zoals besproken werd in paragraaf 2.3.4. Door gebruik te maken van FDMA wordt er voor gezorgd dat het MS en BTS gelijktijdig toegang tot het medium kunnen krijgen. Hier zetten de twee partners in de meeste gevallen een duplexkanaal op, dit wil zeggen een kanaal dat simultane transmissie in beide richtingen mogelijk maakt. Die twee richtingen worden nu gescheiden door twee frequenties. De twee frequenties worden ook wel uplink en downlink genoemd. Figuur 2.22 illustreert de situatie in een mobiel telefoonnetwerk hoe FDMA toegepast wordt op de GSM standaard voor 900 MHz. Alle uplinks maken gebruik van de band tussen 890.2 en 915MHz, alle downlinks maken gebruik van de band tussen 935.2 en 960MHz. Aan de hand van FDMA wijst het basisstation, rechts in de figuur 2.22, een frequentieband van 200kHz toe aan de opwaartse en de neerwaartse verbinding om het duplexkanaal op te zetten met de mobiele telefoon. De opwaartse verbinding en de neerwaartse verbinding hebben een verband met elkaar. Als de opwaartse frequentie fu = 890Ml-lz + n . 0.2MHz is, is de neerwaartse frequentie fd =935MHz + n . 0.2MHz voor een bepaald kanaal n. Elk kanaal heeft dus een bandbreedte van 200KHz. Dit toont dus het gebruik van FDM voor meervoudige toegang en duplex communicatie volgens een vooraf afgesproken schema. Dit wordt Frequency Division Duplex (FDD) genoemd. Bij GSM 900 zijn 174 kanalen per richting beschikbaar. Het 1800 en 1900MHz netwerk werkt gelijkaardig. Zo worden er vier frequentiebanden onderscheiden GSM 850/900/1800/1900 .

Figuur 2.22: FDMA bij GSM900



2.5.4.6. Encryptie Om de privacy te garanderen, worden alle berichten die gebruikersgerelateerde informatie bevatten in versleutelde vorm over de luchtinterface gestuurd. De encryptie gebeurt door middel van een vercijferringsleutel KC toe te passen. Die vercijferringsleutel wordt gegeneerd door het A8 algoritme toe te passen op de individuele sleutel Ki en een random waarde. Het MS en BTS kunnen nu data vercijferen en ontcijferen door het algoritme A5 en de vercijferringsleutel KC te gebruiken. Figuur 2.23 laat zien wat encryptie inhoudt.

Figuur 2.23: Data Encryptie bij GSM

2.5.4.7. Authenticatie Wanneer een gebruiker voor de eerste keer wordt toegevoegd aan een GSM netwerk, dan wordt de identiteit van de gebruiker geverifieerd. Dit gebeurt door middel van een authenticatie sleutel Ki die toegekend is aan het IMSI. Alle beveiligingsfuncties zijn gebaseerd op deze sleutel. Aan netwerk zijde wordt de sleutel bewaard in het AUthentication Center (AUC), aan gebruikerszijde wordt de sleutel bewaard in de SIM kaart. Het authenticatieproces is gebaseerd op het A3 algoritme, dat zowel aan netwerkzijde en gebruikerszijde worden toegepast. Dit algoritme berekent een Signature RESponse (SRES) aan de hand van de authenticatie sleutel en een RANDom getal (RAND) dat toegekend wordt door het netwerk. De gebruiker verstuurt de berekende SRES waarde naar het netwerk die deze waarde vergelijkt met zijn berekende waarde. Wanneer beide waarden gelijk zijn dan is de authenticatie gelukt. Figuur 2.24 verduidelijkt het authenticatieproces.



Figuur 2.24: Authenticatieproces

2.5.5. Datalinklaag Laag twee van het OSI-model is de datalinklaag. Deze laag zorgt voor de opbouw en het in stand houden van de connectie tussen een mobiele gebruiker (MS) en het basisstation (BTS). Hiervoor is het LAPD m (Link Access Procedure D channel) protocol gedefinieerd. LAPDm is een vereenvoudigde versie van LAPD die gebruikt werd bij ISDN systemen. Aangezien er geen buffering plaatsvindt tussen laag één en twee, moet LAPDm de framestructuur, herhalingspatroon en dergelijke aanhouden die voor de Um interface zijn gedefinieerd.

2.5.6. Netwerklaag Laag drie van het OSI-model is de netwerklaag. Deze laag is opgedeeld in drie sublagen: Radio Resource manangement (RR), Mobility Management (MM) and Connection Management (CM). Radio Resource management (RR): De hoofdopdracht van de RR is het tot stand brengen, onderhouden en verbreken van de radiokanalen die ervoor zorgen dat er een punt- tot-punt communicatie tussen MS en het netwerk mogelijk is. Dit brengt ook met zich mee cel selectie in idle mode en in handover procedures. Mobility Management (MM): Deze laag vervult alle bewerkingen omtrent mobiliteit. De bewerkingen gebeuren enkel tussen MS en MCS. Deze bewerkingen houden in: bepalen van de locatie van MS, roaming van MS, de indentificatie van MS en de geheimhouding van de gebruikers identiteit. Connection Management: (CM) Deze laag bestaat uit drie entiteiten: Call Control (CC), Supplementary Service (SS) en Short Message Service (SMS). Deze laag behandelt alle taken omtrent opzetten, onderhouden en verbreken van gesprekken. Enkele van deze taken zijn: het opzetten van een oproep, het opzetten van een noodoproep, een oproep beëindigen en meerdere oproepen tegelijkertijd afhandelen.

2.5.6.1. Locatiebepaling Het GSM systeem weet ten allen tijde waar een gebruiker zich bevindt. Om dit te doen, werkt GSM periodiek de locatie bij, zelfs als de gebruiker het mobiele station op dat moment niet gebruikt. Het toestel moet wel ingelogd zijn op het GSM netwerk en mag niet uitgeschakeld zijn. Het HLR bevat altijd de informatie over de actuele locatie. Dit is enkel het locatiegebied en niet de precieze geografische locatie. Het Visitor Location Register (VLR) dat op dat AVR Pervoot Frederick


moment verantwoordelijk is voor het mobiel station, stelt het Home Location Register (HLR) op de hoogte van locatiewijzigingen. Zodra een MS station het bereik van een nieuw VLR binnenkomt, stuurt het HLR alle nodige informatie naar het nieuwe VLR. Het overstappen van het ene VLR naar een ander wordt roaming genoemd. Roaming kan plaatsvinden binnen het netwerk van een provider, tussen twee providers in een land en tussen providers in verschillende landen. Tussen twee providers in één land wordt roaming echter meestal niet ondersteund door de providers, als gevolg van concurrentie tussen de providers.

2.5.6.2. Handover Aangezien GSM werkt aan de hand van een cellulair systeem, zijn handoverprocedures vereist. De celgrootte kan variëren in straal van maximaal 35 km op het platteland tot enkele honderden meters in steden. Hoe kleiner de cellen en hoe rapper een MS zich verplaatst (maximum 250 km/u), hoe meer handovers er zijn vereist. Een handover mag niet leiden tot het verbreken van de verbinding, ook wel call drop genoemd. Er kunnen zich nu vier handoverscenario’s voordoen: 

Intra-cel handover: Wanneer door smalbandinterferentie transmissie op een bepaalde frequentie onmogelijk wordt, kan het BSC beslissen om over te gaan naar een andere frequentie.



Intra-BSC handover: Wanneer van de ene radio cel naar de andere verplaatst wordt binnen het controle gebied van dezelfde BSC.



Intra-MSC handover: Wanneer van de ene radio cel naar de andere verplaatst wordt binnen het controle gebied van twee verschillende BSC’s.



Inter-MSC handover: Er kan een handover nodig zijn tussen twee cellen die bij verschillende MSC’s horen.

Nu iedere laag van het OSI-model apart werd besproken, kan alles worden samengevat tot de protocolarchitectuur van een GSM netwerk, zie figuur 2.25.

Figuur 2.25: Protocolarchitectuur

2.5.7. Mobiel Diensten GSM maakt de integratie van verschillende spraak -en datadiensten en samenwerking met andere vaste of mobiele netwerken mogelijk. Het zijn de diensten die bepalen of een netwerk voor klanten interessant is. GSM heeft drie verschillende categorieën diensten gedefinieerd: dragerdiensten, telediensten en aanvullende diensten.



2.5.7.1. Dragerdiensten De GSM standaard specificeert verschillende mechanismen voor datatransmissie. Dragerdiensten maken transparante en niet-transparante synchrone of asynchrone datacommunicatie mogelijk. Transparante dragerdiensten maken enkel gebruik van de fysieke laag voor datatransmissie. Dit type heeft een constante vertraging en doorvoercapaciteit, zolang er geen transmissiefouten optreden. Transparante dragerdiensten doen geen poging om data die verloren gaat terug te halen in het geval van, afschaduwing of onderbreking tengevolge van handover. Niet-transparante dragerdiensten maken voor de implementatie van foutcorrectie en stroombesturing gebruik van protocollen op de lagen twee en drie van het OSI-model. Zo worden verschillende dragerdiensten onderscheiden voor samenwerking met PSTN, ISDN en PSPDN.

2.5.7.2. Telediensten Onder telediensten vallen alle spraakgeoriënteerde diensten. Hiertoe behoren versleutelde spraaktransmissie, berichtdiensten en datacommunicatie. Er kunnen twee spraakdiensten onderscheiden worden: een normale oproep dienst en noodoproep dienst. Deze dienst maakt gebruik van een bidirectioneel, full – duplex, punt-tot-punt verbinding. Het grote verschil tussen deze twee spraakdiensten is dat een normale oproep internationaal moet kunnen werken en een noodoproep enkel nationaal. Een andere niet op spraak gerichte teledienst is de transparante fax dienst. De fax dienst wordt transparant genoemd doordat het een transparante dragerdienst gebruikt. De codering en transmissie van de data gebeurt door gebruik te maken van het fax protocol. Dit protocol zorgt ervoor wanneer de transmissiekwaliteit terugloopt, de dragerdienst automatisch overgaat op lagere datasnelheden en een hogere redundantie, om op die manier een beter Forward Error Correction (FEC) te kunnen bieden. Naast spraakdiensten kunnen er nog enkele andere diensten worden onderscheiden. Short Message Service (SMS) heeft bewezen dat het zeer populair en succesvol is bij GSM. De opvolger van dit succes was Echanced Messaging Service (EMS) en Multimedia Messaging Service (MMS) Deze diensten worden nu kort besproken. SMS: Eén van de meest belangrijkste diensten in GSM vandaag is de mogelijkheid tot ontvangen en verzenden van korte tekstberichten door de gebruiker. Deze korte tekstberichten kunnen tot 160 karakters bevatten en dus maximaal 160 bytes groot zijn. De combinatie van een SMS met een mailbox dienst zorgt ervoor dat er een automatische melding verkregen wordt, als er een nieuw bericht wordt ontvangen. Voor SMS moet de provider een dienstencenter voorzien die SMS berichten accepteert en deze doorstuurt naar het vaste telefoon netwerk, voorbeeld voor fax en e-mail. SMS is de enige dienst die simultaan kan werken met andere diensten, met andere woorden: terwijl er een oproep plaatsvindt, kunnen er nog steeds berichten worden ontvangen. EMS: EMS is een extensie van SMS. SMS was gelimiteerd tot tekstberichten alleen. Doordat beltoonsignalen en foto populairder werden werd EMS geïntroduceerd. EMS is in staat om monotone kleurfoto’ s van maximaal 32 op 32 door te sturen en geluiden tot drie octaven. Naast deze uitbreidingen op SMS biedt EMS een grotere berichtomvang. Dit werd verkregen door meerdere smsjes te koppelen aan elkaar. MMS: MMS is gelijkaardig aan SMS en EMS, maar heeft een veel hogere capaciteit in termen van omvang en flexibiliteit. Naast de pure tekst kan MMS foto’s, melodieën en multimediasequenties van verschillende soorten verzenden. MMS kan tot 100 kbytes versturen aan gegevens.



2.5.7.3. Aanvullende diensten Met aanvullende diensten wordt bedoeld de diensten die meestal door de provider worden aangeboden. Voorbeelden hiervan zijn: nummerherkenning, gebruikerherkenning, groepsgesprekken, doorschakelen of doorsturen van lopende gesprekken.

2.5.8. Nieuwe datadiensten De beschikbare standaard bandbreedte voor data transmissie is maximaal 9,6 Kbps. Deze snelheid is de dag van vandaag niet voldoende om aan de vraag van de gebruikers te voldoen. Op het moment dat GSM werd ontwikkeld, was spraakcommunicatie het belangrijkst vergeleken met datacommunicatie. Doordat websurfen, bestanden downloaden en e-mail verkeer een noodzaak werd, zodat de gebruiker ten alle tijden beschikbaar was, was de bandbreedte van 9,6 Kbps lang niet meer voldoende. Om de datatransmissiemogelijkheden nu te vergroten, zijn twee benaderingen mogelijk.

2.5.8.1. HSCSD Een eerste benadering is als volgt: GSM is gebaseerd op connectiegeoriënteerde kanalen. Om nu de bandbreedte te verhogen kunnen verschillende kanalen gecombineerd worden. Dit systeem wordt High Speed Circuit Switched Data genoemd (HSCSD). De gebruiker heeft een vaste datasnelheid beschikbaar gedurende de dataverbinding. Dit is onafhankelijk van de hoeveelheid data die effectief verzonden is. Met andere woorden, er wordt betaald per tijdseenheid dat de gebruiker verbonden is met het netwerk en niet voor de hoeveelheid data die verzonden werd. Om nog hogere datasnelheden te bekomen laat HSCSD het gebruik van n verschillende parallelle kanalen tegelijk toe, zie figuur 2.26.

Figuur 2.26: Voorbeeld HSCSD kanaal bezetting van twee tijdsloten

De beperking in het aantal tijdsloten is gegeven door de eis dat iedere groep van kanalen verblijft op dezelfde kanaalfrequentie. Hierdoor kunnen maximaal acht tijdsloten tegelijk gebruikt worden. Wanneer er acht kanalen tegelijk gebruikt worden, kan er een maximale datasnelheid van 76,8 Kbps bekomen worden. Echter is dit praktisch niet haalbaar, want er moeten nog kanalen beschikbaar zijn om het zenden en ontvangen te regelen. Daardoor worden er maximaal vier kanalen tegelijk gebruikt. Dit zorgt voor een maximale datasnelheid van 38,4 Kbps. Wanneer er een ander coderingschema gebruikt wordt, kan de datasnelheid nog vergroot worden tot maximaal 57,6 Kbps. HSCSD zorgt ervoor dat er geen echte aanpassingen aan de GSM architectuur plaatsvindt, zie figuur 2.27. Het grote verschil met het standaard GSM netwerk is, dat bij het MS en MSC een extra functionaliteit is toegevoegd voor het opsplitsen en combineren van data.



Figuur 2.27: HSCSD architectuur

2.5.8.2. GPRS Een tweede benadering in de richting van flexibelere en krachtigere datatransmissie is een volledige pakketgeoriënteerde aanpak hanteren. De General Packet Radio Service (GPRS) die pakketgeoriënteerd werkt, zorgt voor een efficiënter gebruik van de kanalen. Dit komt doordat een kanaal alleen zal worden toegewezen als dat nodig is en zal worden vrijgegeven na het verzenden van de data. Door dit principe kunnen meerdere gebruikers een fysiek kanaal delen (statische multiplexing). Door dat er gewerkt wordt met pakketdata, zijn alle netwerken die IP gebaseerd zijn ondersteund, voorbeeld LAN en WAN. Deze techniek zorgt voor een hogere datasnelheid en kortere toegangstijden. In het gewone GSM netwerk duurt het enkele seconden alvorens de verbinding geïnitialiseerd is en wordt er een maximum datasnelheid van 9,6 Kbps behaald. Wanneer dit vergeleken wordt met GPRS duurt de initialisatie minder dan één seconde en kunnen datasnelheden tot 171 Kbps behaald worden. Wanneer connectiegeoriënteerd wordt gewerkt, wordt dit gefactureerd op de tijd van de verbinding. Dit is ongeschikt voor drukke verbindingen, want de gebruiker moet ook betalen voor de periodes wanneer er niks wordt verzonden. In vergelijking met GPRS wordt er gefactureerd op de hoeveelheid data die verzonden is en de kwaliteit van de service. Het voordeel is, dat een gebruiker een lange periode online kan zijn, maar enkel het verzonden datavolume moet betalen. Wanneer GPRS moet geïntroduceerd worden in het bestaand GSM netwerk zijn in tegenstelling tot HSCSD wel verschillende wijzigingen en verbeteringen nodig aan de netwerkinfrastructuur, zie figuur 2.28.

Figuur 2.28: GPRS architectuur



Om het mogelijk te maken om GPRS te integreren in de bestaande GSM infrastructuur, moet een nieuw netwerkknooppunten, GPRS ondersteuningspunten (GPRS Support Nodes GSNs) geïntroduceerd worden. GSNs zijn verantwoordelijk voor het bezorgen en routering van datapakketten tussen MS en een uitwendig PakketData Netwerk (PDNs). Een serving GPRS Support Node (SGSN) bezorgt datapakketten van en naar gebruikers (MS) binnenin een service gebied. Het heeft de taak om pakketten te routeren, verzenden, functies voor het toevoegen/verwijderen van een gebruiker authenticatie en logische linkmanagement. Een gateway GPRS Support Node (GGSN) gedraagt zich als een interface voor een uitwendig pakketdata netwerk ( vb. tot het internet). Het converteert GPRS pakketten die komen van het SGSN in een geschikt Pakket Data Protocol formaat (PDP) en verzendt het naar het corresponderende uitwendig netwerk. Op hardware vlak kunnen er drie klasse types toestellen onderscheiden worden: Klasse A: Met dit type toestel kan er tegelijk verbinding gemaakt worden met de GPRS service en de GSM service. Klasse B: Met dit type toestel kan er verbinding worden gemaakt met de GPRS service en de GSM service. Dit type kan echter niet tegelijk met beide verbonden zijn, maar hier wordt automatisch gewisseld tussen de services, naargelang de tijd die nodig is voor gebruik. Klasse C: Met dit type toestel kan er verbinding worden gemaakt met de GPRS service en de GSM service. Dit type kan echter niet tegelijk met beide verbonden zijn. Voor de nieuwe GPRS-radiokanalen kan het GSM-systeem binnen een TDMA-frame tussen de één en acht time-slots toewijzen. Time-slots worden niet op een vaste, vooraf bepaalde manier toegewezen, maar op verzoek. Alle timeslots kunnen door de gebruikers worden gedeeld die op dat moment actief zijn. Afhankelijk van de gebruikers codering, kan een transmissiesnelheid tot 170 Kbps worden gerealiseerd. Voor GPRS reserveren operators, om althans een gegarandeerde minimumdatasnelheid te kunnen bieden, in veel gevallen minstens één time-slot per cel. Alle GPRS-diensten kunnen parallel aan conventionele diensten worden gebruikt. In tabel 2.6 staan de kenmerkende datasnelheden die met GPRS haalbaar zijn als het gecombineerd wordt met GSM. Tabel 2.6: GPRS-datasnelheden in Kbps

Coderingsschema

1 slot

2 slots

3 slots

4 slots

5 slots

6 slots

7 slots

8 slots

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

9.05 13.4 15.6 21.4

18.2 26.8 31.2 64.2

27.15 40.2 46.8 64.2

36.2 53.6 62.4 85.6

45.25 67 78 107

54.3 80.4 93.6 128.4

63.35 93.8 109.2 149.8

72.4 107.2 124.8 171.2

In de beginfase van GPRS zijn alleen de coderingsschema’s C-1 en C-2 beschikbaar. Het systeem kiest een coderingschema op basis van het foutenpercentage van dat moment (CS-4 biedt geen foutcorrectiemogelijkheden). Hier moet worden opgemerkt dat de werkelijke datasnelheid in sterke mate bepaald wordt door de actuele belasting van de cel.



2.5.8.3. EDGE In de vorige paragrafen konden HSCSD en GPRS een hogere datasnelheid bekomen doordat de gebruiker (MS) verschillende tijdsloten kon gebruiken van hetzelfde TDMA frame en er verschillende coderingsschema’s werden 1 toegepast. Het EDGE systeem gaat nog een stap verder. Dit gebeurt door de efficiëntie van een tijdslot op de fysieke laag te verbeteren. Technisch gezien is EDGE enkel een verbetering van de radio-interface ook wel airinterface genoemd. EDGE introduceerde verschillende toevoegingen voor modulatie en coderingsschema’s. Deze toevoeging houdt ook rekening met de signaalkwaliteit. In functie van deze signaalkwaliteit worden de datasnelheden aangepast. Om dit te verwezenlijken introduceerde EDGE een link aanpassing techniek. Deze techniek kiest dynamisch een modulatieen coderingsschema volgens de huidige conditie van het radiokanaal. Voor EDGE, in vergelijking met een GMSK modulatie die gebruikt wordt in GSM, wordt een 8-Phase Shift Keying schema (8-PSK) toegepast. Deze modulatie techniek zorgt ervoor dat er ongeveer een driemaal hogere dataoverdrachtsnelheid per tijdslot wordt behaald. Wanneer GMSK wordt gebruikt, zal één data bit d i verpakt worden in één symbool ai, terwijl bij 8-PSK drie data bits gecombineerd worden tot één symbool, figuur 2.29 verduidelijkt dit principe.

Figuur 2.29: Symbool samenstelling GMSK en 8-PSK

Om EDGE te implementeren in het huidige GSM netwerk moeten enkele aanpassingen gebeuren. De meeste parameters van de fysieke laag zijn gelijk zoals in het GSM netwerk. De bandbreedte is 200 KHz en de structuur van het TDMA-frame blijft ongewijzigd. Enkel de inhoud van een burst wordt lichtjes gewijzigd.

Figuur 2.30: EDGE burst

1

EDGE stond vroeger voor Enchanced Data rates for GSM Evolution, echter GSM werd vervangen door global doordat EDGE enkel een radio-interface verbetering was. EDGE wordt dus niet enkel gebruikt in het GSM netwerk maar in verschillende cellulaire netwerken. AVR Pervoot Frederick


De EDGE burst heeft een leersequentie van 26 symbolen in het midden, drie-staart symbolen aan beide uiteinden en een bewakingssymbool op het einde. De burst draagt 2 x 58 data symbolen. Dit is duidelijk te zien op figuur 2.30. Naast de aangepaste modulatietechniek en coderingsschema, introduceert EDGE een code combineertechniek. Die techniek wordt incrementele redundantie of ook nog Hybrid Automatic Repeat request (HARQ) genoemd. Deze techniek zorgt ervoor dat de datablok verzonden kan worden met enkele of zelf geen redundante data. Wanneer de datablok niet correct gedecodeerd kan worden, zal in de volgende transmissie meer redundante data worden verzonden. Het grote probleem voor EDGE is de Abis interface tussen BTS en BSC. In een standaard GSM netwerk ondersteunt deze interface enkel 16 Kbps per kanaal. Echter, EDGE kan snelheden tot 64 Kbps ondersteunen voor één kanaal. Om EDGE te implementeren moet de toewijzing van meerde Abis slots tot een kanaal mogelijk zijn. EDGE kan gebruikt worden om zowel de data service van GPRS en HSCSD te verbeteren. EDGE in combinatie met GPRS wordt EGPRS, op dezelfde manier wordt EDGE en HSCSD gecombineerd en zo ontstond ECSD. Tabel 2.7 en tabel 2.8 tonen welke combinaties of modulatie en code ratio kan worden toegepast in EGPRS en ECSD. De hoogste datasnelheid wordt verwezenlijkt met EGPRS wanneer de 8-PSK modulatie gecombineerd wordt met een code ratio van één. Om deze datasnelheid te halen is zeer goede kanaal conditie vereist, want code ratio één ondersteunt geen foutbescherming. Tabel 2.7: EGPRS transmissie modes

Kanaal naam

Code ratio

Modulatie

Bitsnelheid per timeslot (Kbps)

MCS-1 MCS-2 MCS-3 MCS-4 MCS-5 MCS-6 MCS-7 MCS-8 MCS-9

0.53 0.66 0.85 1 0.37 0.49 0.76 0.92 1

GMSK GMSK GMSK GMSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK

8.8 11.2 14.8 17.6 22.4 29.6 44.8 54.4 59.2

Tabel 2.8: ECSD transmissie modes


Kanaal naam

Code ratio

Modulatie

Bitsnelheid per timeslot (Kbps)

TCH/F2.4 TCH/F4.8 TCH/F9.6 TCH/F14.4 ECSD TCS-1 ECSD TCS-2 ECSD TCS-3

0.16 0.26 0.53 0.64 0.42 0.46 0.56

GMSK GMSK GMSK GMSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK

3.6 6 12 14.5 29 32 38.8


3. Marktstudie 3.1.

Inleiding

In deze studie zullen enkele belangrijke producenten van producten die voldoen aan de vooropgestelde eisen besproken worden. Deze producten vallen onder de term ‘remote access’. Remote access is alle software en hardware, waarmee een computergebruiker toegang kan krijgen tot programma’s of productiemiddelen op verwijderde afstand. De twee varianten hiervan zijn ‘remote control’ en ‘remote maintenance’, zie figuur 3.1. Het grootste verschil tussen beide is de toegangstijd. Remote control heeft een continue toegang, zodat bewaking en opvolging van de installatie mogelijk is. Remote maintenance zal enkel worden toegepast wanneer er zich een probleem voordoet. Hierdoor zal er slechts tijdelijk toegang zijn. Het is meteen duidelijk dat voor deze toepassing dit onder de categorie ‘remote maintenance’ valt. Hiermee moet rekening gehouden worden, want tijd is een belangrijke factor.

Figuur 3.1: Remote access

3.2.

Aandachtspunten

In paragraaf 2.4 werd geconcludeerd dat GSM de meest geschikte oplossing is voor deze toepassing. Deze oplossing de heeft echter één groot nadeel: de overdrachtsnelheid. Het kiezen voor de 3 generatie netwerken, is een betere oplossing, maar zoals reeds werd weergegeven, is dit type nog niet volledig wereldwijd geïmplementeerd. Anno 2010 is deze vooruitgang echter sterk gestegen door de toenemende vraag. Rekening houdend met dit, kan er gekozen worden voor een module die indien mogelijk beiden ondersteunt. Dit heeft als voordeel dat de module dus overal kan werken, want deze beschikt over een GSM interface, maar kan dus in verschillende gebieden de overschakelen naar 3 generatie netwerken. Zo kan de overdrachtsnelheid sterk toenemen. Figuur 3.2 geeft een wereldwijd overzicht van de beschikbaarheid van 2G/3G netwerken weer[3]. Vele landen ondersteunen al 3G, maar dit is enkel bij grotere steden, terwijl 2G beschikbaar is over het hele land. Op de vermelde site [3] kan er per land/regio gezocht worden welk type netwerk er aanwezig is en door wie ze worden aangeboden. [3] GSM association, (2010), GSM coverage maps [on line]. http://www.mobileworldlive.com/maps/ (datum van opzoeking: 09/12/10).



Figuur 3.2: Wereldwijde beschikbaarheid 2G/3G netwerken

Een tweede belangrijk aandachtspunt is de gegevensuitwisseling via het CAN netwerk van de landbouwmachine. Tijdens dit marktonderzoek moet er rekening gehouden worden met de gekozen technologie om gegevens uit te wisselen via CAN. Deze gegevensuitwisseling moet ook zo efficiënt mogelijk gebeuren, dit houdt in dat er zo weinig mogelijk componenten moeten gebruikt worden en deze robuust moeten zijn voor de mobiele industrie. Om een duidelijk overzicht te krijgen over de werking van het CAN netwerk van de landbouwmachine moet het elektrisch schema bestudeerd worden, zie figuur 3.3. Uit dit schema kan er afgeleid worden dat er gebruik wordt gemaakt van verschillende controllers. De controllers zijn van het merk Bosch Rexroth met name de BODAS controller RC series 22. Er worden nu twee types controllers gebruikt , namelijk RC 4-6 en RC 12-8. Het verschil tussen beiden is het aantal proportionele uitgangen die aangegeven wordt door het eerste cijfer en het aantal geschakelde uitgangen die aangegeven wordt door het laatste cijfer. Naast deze controller worden er ook nog enkele CAN I/O uitbreiding modules gebruikt met name RCE12-4. Uit het schema blijkt dat er gebruik wordt gemaakt van verschillende CAN netwerken. Het is belangrijk om te weten wat de toepassing is van deze netwerken. Na analyse van de schema’s en bijhorende datasheets van de controllers en extensie modules kan de werking van de CAN netwerken worden afgeleid. Uit de datasheet wordt de volgende informatie gehaald: 

CAN1 kanaal wordt gebruikt voor alle CAN protocollen uitgezonderd CANopen. Dit CAN kanaal wordt gebruikt voor diagnose en service functies. Via dit kanaal wordt de communicatie met BODAS service/design gereguleerd. Dit is belangrijk om te weten, want deze software wordt in de huidige situatie gebruikt om diagnose/programmatie uit te voeren.



CAN2 is het CANopen kanaal. Dit kanaal kan vrij worden gebruikt, uitgezonderd voor diagnose.

Zoals bleek uit het schema van de landbouwmachine, kunnen er verschillende CAN netwerken onderscheiden worden. Er kan in feite één hoofd CAN netwerk onderscheiden worden, namelijk alle programmeerbare/master controller die aangesloten zijn op kanaal CAN1 (M10, M20, M30, M40 ,scherm , handle, keypath en joystick). De CAN I/O uitbreiding modules RC312-4 worden gekoppeld via het CAN2 kanaal met een naburige controller. Deze AVR Pervoot Frederick


verbindingen vormen aparte CANopen netwerken. Ook de ECU (Electronic Control Units) van de motor zit op een apart CANopen netwerk. Zoals blijkt uit de datasheet zijn deze netwerken niet echt van belang, want deze worden niet gebruikt voor diagnose of programmatie. Het belangrijkste netwerk is het hoofdnetwerk. Dit netwerk wordt gecontroleerd door controller M20. Deze controller filtert alle informatie en stuurt deze door naar alle andere controllers. Controller M20 fungeert hier als gateway. Wanneer in de huidige situatie de programmatuur moet worden aangepast of diagnose moet worden uitgevoerd, wordt gebruik gemaakt van BODAS design/service software. Hiervoor wordt door middel van een CAN/USB converter de verbinding met het hoofdnetwerk mogelijk gemaakt, zie figuur 3.4.

Figuur 3.3: Elektrisch schema CAN netwerken PUMA



Wanneer de datasheet van BODAS design/service software bestudeerd wordt, kan er vastgesteld worden dat deze software via een bepaalde interface verbinding moet maken met een CAN netwerk. Er zijn drie mogelijke interfaces te selecteren, namelijk vector CAN hardware, Peak PCAN USB en In2Soft CAN/USB. Zoals reeds werd aangegeven in figuur 3.4 wordt bij AVR gebruik gemaakt van PEAK hardware. Het is belangrijk dat de gekozen module de interface moet kunnen ondersteunen, anders kan er niet gewerkt worden met de huidige software. Een derde aandachtspunt is voeding. De landbouwmachine levert een 24 volt DC spanning dit met een variabel stroom range tot maximum 170 ampère. Daar dit een mobiel voertuig is, moet er rekening gehouden worden met spanningsvariaties. Dit kan variëren met +/- 16% dus van 20V tot 28V. Kort samengevat: 

Voeding: 24 Volt (+/- 16%)



CAN netwerk: alle protocollen, uitgezonderd CANopen



Remote maintenance: tijdelijke toegang



Beschikbaarheid wereldwijd: keuze voor 2G netwerk met name GSM



Dataoverdrachtsnelheid: indien mogelijk keuze 3G netwerk



Integratie met BODAS design/service moet mogelijk zijn

Figuur 3.4:Huidige opstelling AVR



3.3.

Producenten telecommunicatiemodules

3.3.1. Algemeen Tot op de dag vandaag is remote maintenance een belangrijke topic in de industrie. Om de servicegraad te verhogen, willen vele fabrikanten deze service versnellen en dit met zo weinig mogelijk verplaatsing realiseren. Dit heeft als voordeel dat de klant sneller geholpen wordt en kosten bespaard kunnen worden op de bedrijfsite. Doordat deze technologie meer en meer gebruikt wordt, zijn er verschillende producenten die dergelijke modules aanbieden. In deze paragraaf zullen deze producenten kort besproken worden.

3.3.2. Phoenix Contact Gamma aanbod: Tabel 3.1: Gamma mobiele systemen Phoenix Contact

Mobiel netwerk

Transmissiesnelheid (Kbps)

Ideaal voor …

GPRS/EDGE

210

- Diagnose - Verbinden met Ethernet - Verbinden met onderstations

SMS

…

- Alarm generatie wereldwijd - I/O information transmission

GSM

9,6

-Wereldwijde verbinding tot programmeren

Voor deze toepassing komen er twee systemen in aanmerking, namelijk GPRS/EDGE of GSM. Beide configuraties worden nu kort besproken. Configuratie 1 (GPRS/EDGE):

Figuur3.5: GPRS/EDGE configuratie



Deze configuratie maakt gebruik van de GPRS/EDGE service op het GSM netwerk. Dit heeft als voordeel dat deze verbinding gefactureerd wordt op de hoeveelheid data die er verzonden wordt en niet op de tijdsduur van verbinding. Doordat de GPRS service pakketdata gebruikt, is de overgang naar het internet eenvoudig. Dit zorgt ervoor dat geen mobiele netwerkconnectie op de site nodig is. Deze is namelijk via het internet te benaderen. Doordat er via internet gecommuniceerd wordt, is het mogelijk om een VPN tunnel op te bouwen. Dit zorgt ervoor dat er een veilige verbinding wordt opgebouwd. Configuratie 2 (GSM):

Figuur 3.6: GSM configuratie

Deze configuratie maakt gebruik van het GSM netwerk. Mobiele machines of remote systems hebben vaak niet de mogelijkheid om een verbinding te leggen met het vast telefoon netwerk. Door middel van GSM is er dus een alternatief aanwezig. De module maakt verbinding met het GSM netwerk. Intern wordt via het intranet van de provider de link gelegd met het analoog netwerk. Via een analoge modem is communicatie mogelijk op de site. Beide modules hebben echter één groot nadeel. Zoals in de inleiding besproken werd, moet er een communicatie mogelijk zijn met CAN. Deze module ondersteunt dit protocol niet. Wat een mogelijke oplossing zou zijn, is een conversie naar CAN overwegen, dit door middel van een CAN gateway. Een gateway heeft als hoofdfunctie een transparante vertaling te maken tussen verschillende protocollen. Doordat de communicatie bij Phoenix Contact altijd via ethernet verloopt, zal er een CAN/ethernet gateway nodig zijn. Tabel 3.2 geeft overzicht van de verschillende producenten van CAN/Ethernet gateways weer. Meteen wordt er opgemerkt, dat wanneer gebruik wordt gemaakt van deze gateway er een conversie plaatsvindt. Iedere conversie zorgt voor enig delay en bestaat de kans, dat er iets verkeerd loopt. Hierbij is enige zorg vereist. Bij de prijsbepaling wordt er niet alleen rekening gehouden met de goedkoopste module, maar ook met de module die het meest geschikt is voor mobiele industrie (compact, voeding, …). De module die in aanmerking komt, is de CANview van RMCAN. Het signaal dat toekomt op de site is een ethernet signaal. Dit wil zeggen dat een tweede CAN gateway zal nodig zijn. De reden hiervoor werd al in paragraaf 3.2 vermeld. De reden is omdat de BODAS software maar enkel interfaces toelaat tot hun software. AVR Pervoot Frederick


AVR maakt gebruik van de PEAK interface en moet hier terug het CAN netwerk kunnen aanbieden. Hierdoor is een tweede CAN gateway noodzakelijk. Tabel 3.2: CAN gateway vergelijking

SYS TEC

EMS

IXXAT

RMCAN

Analytica

ICP DAS US

Productnummer

SYS-GW-003-10

EtherCAN CI-ARM7

CAN@net II/VCI

CANview ethernet

AnaGate CAN

I-7540D

Prijs [€]

418

320

450

398

235

449

Tabel 3.3: Benodigde componenten Phoenix Contact

Configuratie

Benodigde componenten

Prijs [€]

GPRS/EDGE:

Beveiligde router met VPN FL MGUARD RS VPN

1386,19

GPRS/EDGE modem met VPN PSI-MODEM-GSM/ETH

567,19

Software PC Worx

gratis

Antenne 2G + kabel

66,47

CAN/ethernet gateway

398 (2x) Totaal:

GSM:

2815,85

Analoge modem met RS232 PSI-DATA/BASIC-MODEM/RS232

224,14

GSM/GPRS modem met RS232 PSI-GPRS/GSM-MODEM/RS232

338,48

Software PC Worx

gratis

Antenne 2G + kabel

66,47


398 (2x) Totaal:

1425,09

3.3.3. eWON Gamma aanbod: Tabel 3.4: Gamma mobiele systemen eWON

Type

Mobiel netwerk

Ideaal voor …

2001CD/4001CD

1G(analoog), 2G(GPRS), 3G(HSUPA)

- Inbelverbinding voor remote access - Opvolgen en alarmering applicatie

2101CD/4101CD

1G(analoog), 2G(GPRS), 3G(HSUPA)

- Opvolgen en alarmering applicatie - SCADA en OPC server implementatie



Configuratie 1 ( 2001CD/4001CD):

Figuur 3.7: Opstelling 2001CD/4001CD

Figuur 3.7 toont de implementatie van de module. Deze module valt onder industriële routers. Via de module wordt een verbinding over het mobiel netwerk tot stand gebracht. Een groot voordeel van deze module is dat deze beschikt over de laatste nieuwe technieken omtrent mobiele communicatie. Deze module is uitgerust met 3G technologie. Wanneer de module een verbinding opbouwt met het netwerk, zal deze initieel altijd proberen via het 3G netwerk. Wanneer dit niet mogelijk is, zal hij deze stapsgewijs verlagen in volgende volgorde: HSUPA – HSDPA – UMTS – EDGE – GPRS. Hierbij is HSUPA het snelst en GPRS het traagst. Op de site zijn er nu twee mogelijkheden , ofwel komt de data binnen over het GSM netwerk of via analoog telefoonnetwerk zoals te zien is op figuur 3.7.Ook hier moet er gebruik gemaakt worden van een CAN gateway, omdat er geen rechtstreekse connectie met CAN mogelijk is. Hierbij is ook op te merken dat deze module halfweg 2011 niet meer beschikbaar zal zijn en permanent vervangen zal worden door de 2101CD/4101CD. Configuratie 2 (2101CD/4101CD):

Figuur3.8: Opstelling 2101CD/4101CD



Figuur 3.8 toont de implementatie van de module. Deze module valt onder industriële VPN routers. Via de module wordt een verbinding over het mobiel netwerk tot stand gebracht. Hierbij wordt er overgeschakeld naar pakket data, zodat de toegang via internet mogelijk wordt. Hierdoor kan er dus een VPN tunnel worden opgebouwd om een veilige verbinding te garanderen. Het enige verschil met de vorige configuratie is dat er een veilige verbinding kan worden opgebouwd door middel van een VPN verbinding. Deze verbinding wordt via de software talk2M opgezet en onderhouden en regelt ook de data uitwisseling. Tabel 3.5 toont de beschikbare formules van talk2M, hieruit blijkt dat Talk2m Free het meest geschikt is voor deze toepassing, omdat er slechts één simultane verbinding tegelijk moet mogelijk zijn. Hierbij wordt opgemerkt dat Talk2M Go niet meer zal beschikbaar zijn halfweg 2011. Daardoor zal Talk2M free vervangen worden door free+ en dezelfde eigenschappen hebben als Talk2m Go. In beide configuraties wordt er gesproken van 4001CD en 4101CD, deze modules zijn identiek, maar werken realtime. Deze werken via een webserver om data te loggen. Dit wordt niet besproken, omdat dit onder remote control valt en dus niet van belang is bij de toepassing. Tabel 3.5: Vergelijking Talk2M

Talk2M Free

Talk2M Go

Talk2M Pro

Gebruikers

1

Ongelimiteerd

Ongelimiteerd

Huidige verbindingen

1

3

Ongelimiteerd

Gegarandeerde bandbreedte





Prioriteit





Verbinding rapportering





Gebruiker en machine toegangscontrole



Web applicatie



Tabel 3.6: Benodigde componenten eWON

Configuratie 1:


Prijs [€]

2001CD/GPRS (2G)

Niet meer verkrijgbaar

2001CD/UMTS (3G)


2001CD/HSUPA (3G+)


Antenne 2G/3G + kabel

52


398 (2x) Totaal:

Configuratie 2:

2101CD/GPRS (2G)

737

2101CD/UMTS (3G)

836

2101CD/HSUPA (3G+)

931


52

Software Talk2m

gratis


398 (2x) Totaal:


-?-

1585(2G) – 1684(3G) – 1779(3G+)


3.3.4. MOXA Moxa is een firma die gespecialiseerd is in industriële netwerken, computers en automatisatie oplossingen. Moxa biedt verschillende industriële ‘Remote automation solutions’ waaronder oplossingen door middel van draadloze telefooncommunicatie (Cellulair). De verschillende beschikbare modules worden nu kort toegelicht. Cellulaire modems In industriële netwerk applicaties worden cellulaire modems gebruikt om communicatie met seriële apparaten mogelijk te maken over een cellulair netwerk. Cellulaire modems werken alleen op AP commando’s en er is geen inbelverbinding mogelijk. Indien toch gewenst, moet er een tussenapparaat gebruikt worden. Bovendien moet er een goede kennis zijn van AT commando’s bij mobiele toepassing. Dit zorgt voor een hoge integratiekost bij het gebruik maken van cellulaire modems in vergelijking met IP-modems. Figuur 3.9 verduidelijkt de werking van een cellulaire modem.

Figuur 3.9: Cellulaire modems



Cellulaire IP modems Dit type modem wordt veelal gebruikt omdat dit eenvoudig is in gebruik. Dit type modem maakt verbinding met het draadloos telefoonnetwerk. Dit netwerk is gekoppeld aan het intranet van de desbetreffende provider. De provider zorgt dan op zijn beurt voor de koppeling met het internet. De verbinding op de site wordt dus gecreëerd via het internet. Figuur 3.10 verduidelijkt de technologie die hiervoor gebruikt wordt. Deze technologie wordt inverse COM mode of virtuele COM poort genoemd. Inverse COM mode maakt gebruik van een mechanisme dat gelijkaardig is aan ‘port mapping’ die er voor zorgt, dat externe apparaten die gebruik maken van een privé IP adres toch toegankelijk blijven voor een externe verbinding. Er wordt dus een IP adres met zijn desbetreffende poort (end point) gekoppeld aan een virtuele COM poort. Dit zorgt ervoor dat de applicatie die de data moet ontvangen deze COM poort kan selecteren en zo de data via het internet binnen lezen. Figuur 3.11 verduidelijkt de werking van cellulaire IP modem.

Figuur 3.10: Virtuele COM poort of inverse COM mode

Figuur 3.11: Cellulaire IP modem

Cellulaire IP gateways Dit type modem is identiek in werking zoals een IP modem. Het enige verschil tussen beiden is dat cellulaire IP gateways VPN ondersteunen. Wat is nu VPN? VPN staat voor Virtual Private Network en maakt gebruik van een tweede “virtueel” IP adres om verbinding tot stand te brengen via het internet. Door gebruik te maken van een VPN verbinding, wordt er een beveiligde verbinding tot stand gebracht over een onveilig netwerk het internet. Dit door middel van authenticatie, verificatie en encryptie van data en gebruikers. Deze drie protocollen werken meestal met certificaten die verkregen worden van een VPN server. Figuur 3.12 verduidelijkt een VPN verbinding.



Figuur 3.12: VPN verbinding

Cellulaire routers Een cellulaire router wordt gebruikt om LAN netwerken op afstand en op ethernet apparaten op afstand te verbinden met het draadloos telefoonnetwerk. Cellulaire routes zijn voorzien van alle netwerk protocollen die ervoor zorgen dat verbinding met cellulaire netwerken mogelijk zijn. Cellulaire routers worden typisch ingezet wanneer bedrade verbindingen te duur of niet haalbaar zijn. Waar bedrading wel mogelijk is, worden cellulaire routers gebruikt als back-up verbinding. Figuur 3.13 verduidelijkt de werking van een cellulaire router.

Figuur 3.13: Cellulaire router

Hier zal er dus gebruik gemaakt worden van een cellulaire IP gateway, want de module is dus het meest geschikt voor de toepassing en zorgt voor een veilige verbinding. Wel moet er opgemerkt worden dat deze module dus enkel een seriële en ethernet interface beschikt. Dit wil dus ook zeggen dat hier gebruik zal moeten worden gemaakt van een CAN/ethernet gateway die de conversie maakt naar CAN. Ook hier is er keuze voor een 3G+ module die stapsgewijs gaat verlagen naargelang de kwaliteit van de verbinding. Tabel 3.7 heeft de verschillende type Cellulaire IP gateways dat MOXA in hun gamma bezitten. Tabel 3.7: Gamma cellulaire IP gateways MOXA

Cellulaire IP gateways

Netwerk

OnCell G3110/G3150

GSM/GPRS/EDGE

OnCell G3110/G350–HSDPA

GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA


Verschillen G3110: RS-232 G3150: RS-232 + RS-422/485


Tabel 3.8: Benodigde componenten MOXA

IP gateway:


Prijs [€]

OnCell G3110 (2G)

462

OnCell G3110-HSDPA (3G)

727


65


398 (2x) Totaal:

1323(2G) – 1578(3G)

3.3.5. RMCAN RMCAN is een firma die zich gespecialiseerd heeft in CAN-bus systemen en componenten. Deze firma beschikt in hun gamma ook over enkele draadloze modules die gebruik maken van het GSM netwerk, waardoor remote access dus mogelijk wordt. Tabel 3.9 geeft een overzicht van de modules in het gamma van RMCAN weer. Tabel 3.9: Gamma mobiele systemen RMCAN

Wireless CAN interfaces

Netwerk

CANLink GSM 2001/2005

GSM/GPRS/EDGE

CANLink GSM 2101/2105

GSM/GPRS/EDGE

Verschillen 2**5: GPS interface 21**: Extra CAN I/O

Aan de hand van deze modules kunnen er nu verschillende configuraties bekomen worden. Het grote voordeel van deze modules van RMCAN ten opzichte van de andere producenten is dat deze over een CAN interface beschikken. Dit zorgt ervoor dat er directe toegang is tot het CAN netwerk en er geen conversie plaatsvindt. Dit zorgt ervoor dat de efficiëntie van de verbinding sterk toeneemt, want iedere stap die wordt uitgespaard, zorgt ervoor dat er minder delay voordoet en er minder kans is op een fout. De verschillende configuratie worden nu kort besproken. Configuratie 1: Real-time oplossing

Figuur 3.14: Real-time oplossing RMCAN



Figuur 3.14 geeft de real-time oplossing van RMCAN terug. De werking van deze configuratie is al volgt: bij de opstart van de applicatie zal de CANLink module verbinding maken met een Externe server via het GPRS/EDGE netwerk. Dit is mogelijk, omdat GPRS pakket georiënteerd werkt, zodat er dus frames kunnen worden opgesteld die via het internet kunnen verzonden worden. De koppeling tussen het internet en het GPRS netwerk gebeurt in het intranet van de desbetreffende provider. Wanneer de verbinding tot stand is gebracht, wordt er continue data verzonden over het netwerk naar de externe server. Die server zal deze data op zijn beurt loggen. Op de site kan via het internet en de benodigde sofware gecommuniceerd worden met de externe server. Zo kan data uitgewisseld worden of geanalyseerd worden. De werking van deze configuratie valt onder remote control omdat er een continue verbinding is met de module. Deze configuratie komt dus niet in aanmerking voor de toepassing. Configuratie 2: Direct data connection Deze configuratie zorgt ervoor dat er een directe verbinding tussen site en mobiel voertuig mogelijk wordt. Er kunnen twee types directe verbinding tot stand gebracht worden. Doordat deze configuratie niet werkt via een externe server is er geen continue verbinding. Deze configuratie valt onder remote maintenance. Beide types hebben hun voor- en nadelen en worden nu kort besproken.

Figuur 3.15: Directe dataverbinding met behulp van een modem (type één)

Figuur 3.15 toont type één van een directe verbinding. Hier wordt slechts gebruik gemaakt van één CANLink module. Deze module maakt een directe verbinding over het GSM netwerk met een analoge modem die zich bevindt op de site. Deze verbinding is een punt tot punt verbinding en maakt gebruik van Circuit Switched Data (CSD). Dit wil zeggen dat er geen gebruik wordt gemaakt van de GPRS/EDGE service, met andere woorden zal er dus een beperkte snelheid zijn tot 9,6 Kbps en betaald worden voor de tijd dat de module online is en niet voor de hoeveelheid verzonden data. Tabel 3.10 geeft de voor- en nadelen weer van dit type directe dataverbinding.



Tabel 3.10: Voor- en nadelen type één directe dataverbinding

Voordelen

- Enkel één CANLink module - Huidige interface BODAS software kan behouden worden - Rechtsreeks verbonden met CAN netwerk

Nadelen

- Analoge telefoonmodem nodig - Analoog telefoonnetwerk nodig op site - Minder mobiel op site (vast aan modem) - Relatief lage overdrachtsnelheid - Inbelverbinding (betalen volgens online tijd)

Figuur 3.16: Directe dataverbinding met behulp van twee CANLink modules (type twee)

Figuur 3.16 toont type twee van een directe verbinding. Hier wordt gebruik gemaakt van twee CANLink modules. Dit type configuratie zorgt ervoor dat een directe dataverbinding tot stand wordt gebracht tussen beide CANLink modules. De CANLink module op de site zal gaan inbellen naar de module die zich op het mobiele voertuig bevindt. De mobiel zal hierop reageren en zo de directe verbinding via het GSM netwerk tot stand brengen. Dit gebeurt ook aan de hand van CSD en dus niet via het GPRS/EDGE netwerk. Tabel 3.11 geeft de voor- en nadelen van dit type directe dataverbinding weer. Tabel 3.11: Voor- en nadelen type twee directe dataverbinding de

Voordelen

- Meer mobiel (2 module werkt overal) - Huidige interface BODAS software kan behouden worden - Rechtsreeks verbonden met CAN netwerk

Nadelen

- Twee CANLink modules nodig - Relatief lage overdrachtsnelheid - Inbelverbinding (betalen volgens online tijd)



Tabel 3.12: Benodigde componenten RMCAN

Configuratie


Prijs [€]

Real time:

CANLink GSM 2001 + software

448

CANview USB

198

Analoge telefoonmodem

220

Antenne 2G + kabel

59,90

CAN kabel

35,90

Proemion server – Setup (eenmalig)

199

Proemion server – Hosting (per jaar)

288

Extra kost datalimiet overschreden

€1/10MB

Totaal: Directe dataverbinding type twee

1448,8

CANLink GSM 2001 + software

448 (2x)

CANview USB

198

Antenne 2G + kabel (mobiel)

59,90

Antenne 2G + kabel (site)

29,90

CAN kabel

35,90 Totaal:

1219,7

3.3.6. IFM IFM is een firma die positie-, processensoren en netwerken besturingssystemen vervaardigt voor industriële automatiserings doeleinden. Deze firma beschikt in hun gamma ook over enkele draadloze modules die gebruik maken van het GSM netwerk, waardoor remote access dus mogelijk wordt. Tabel 3.14 geeft een overzicht van de modules in het gamma van RMCAN weer. Tabel 3.13: Gamma mobiele systemen IFM

Wireless CAN interfaces

Netwerk

CANRemote CR3105

GSM/GPRS/EDGE

Verschillen CR***6: GPS interface

CANRemote CR3106

GSM/GPRS/EDGE

Wanneer contact werd opgenomen met de firma, bleek data IFM samen te werken met de firma RMCAN. CANRemote module zijn identiek aan deze van RMCAN, maar zijn voorzien van de nodige firmeware en software voor een eenvoudigere werking met IFM producten. Met deze modules zijn enkel real-time oplossingen mogelijk. De directe dataverbinding is niet mogelijk. Hierdoor valt dit enkel onder remote control. Tabel 3.14: Benodigde componenten IFM


Prijs [€]

CANRemote CR3105

575,70

Antenne + kabel

76,08

Software + controller + kabels en connectoren

532,44

Rea-time server (per jaar)

281,28 Totaal:


1465,5


3.3.7. Besluit Tabel 3.15 geeft een overzicht van alle producenten die telecommunicatie modules op de markt brengen. Deze tabel geeft het prijsverschil tussen de verschillende producenten. Naast de prijs moet er ook rekening gehouden worden met de aandachtpunten zoals besproken in paragraaf 3.2. Die aandachtspunten werden voor elke producent afzonderlijk besproken in paragraaf 3.3. Met deze informatie zal een keuze gemaakt worden. Tabel 3.15: Verschillende producenten overzicht

Phoenix Contact

eWON

MOXA

RMCAN

IFM

EDGE/GPRS

GSM

GPRS

UMTS

HSUPA

EDGE/GPRS

HSDPA

Real-time

CSD

Real-time

Opstartkost [€]

2815,85

1425,09

1585

1684

1779

1322

1578

1448,8

1219,7

1465,5

Kost per nieuwe machine [€]

1031,66

803,22

1187

1286

1381

925

1180

1030,8

543,8

651,78

Uit tabel 3.15 blijkt dat de CSD verbinding van RMCAN het goedkoopst is als opstartkost en ook als individuele kost per machine. Wanneer alle aandachtspunten vergeleken worden met deze module kan volgende conclusie genomen worden: Voeding: 24 Volt (+/- 16%) CAN netwerk: Alle protocollen uitgezonderd CANopen Remote maintenance: Tijdelijke toegang Beschikbaarheid wereldwijd: Keuze voor 2G netwerk met name GSM Dataoverdrachtsnelheid: Indien mogelijk keuze 3G netwerk Integratie met BODAS design/service moet mogelijk zijn

    X 

Uit deze aandachtspunten blijkt dat enkel de dataoverdrachtsnelheid de beperkende factor is. Echter moet dit minpunt worden afgewogen tegenover de pluspunten. Het grote voordeel van deze module is de rechtstreekse connectiviteit met CAN. Dit zorgt ervoor dat er geen conversie nodig is, waardoor er minder delay is en er ook minder kans is op een fout. Naast dit is de koppeling met de huidige software ook mogelijk. Deze laatste twee pluspunten zijn de twee belangrijkste waardoor er dus gekozen wordt voor deze modules en zijn daarbijhorende opstelling. Figuur 3.17 geeft weer hoe de opstelling eruit zou zien na implementatie. Wanneer na de testfase blijkt dat de overdrachtsnelheid toch een grote invloed heeft, kan beslist worden om toch een andere opstelling te kiezen. Hierdoor zal dus de overdrachtsnelheid toenemen, maar dit ten koste van efficiëntie van de opstelling. De reden hiervoor is dat er gebruik wordt gemaakt van meerdere conversies die voor problemen en vertragingen kunnen zorgen. Er wordt nu kort besproken hoe de opstelling eruit zou zien indien er zou moeten worden overgestapt naar grote dataoverdrachtsnelheden. Figuur 3.18 toont de opstelling voor grote dataoverdrachtsnelheden. Hiervoor zijn drie à vier modules nodig afhankelijk van de bestaande situatie. De hoofdrouter van het bedrijfsnetwerk die de verbinding regelt met het internet moet bij voorkeur VPN ondersteunen. VPN zorgt dat er een veilige verbinding kan worden opgebouwd via een onveilig netwerk: namelijk het internet. Wanneer deze router dit niet ondersteunt kan een router aangeschaft worden die dit wel ondersteunt, of de huidige router gebruiken maar werken via een onveilige verbinding. De drie resterende componenten zijn twee CAN/ethernet converters en Cellulaire module. Wanneer de tabel 3.15 terug geraadpleegd wordt, is de goedkoopste module die GRPS/EDGE ofwel HSDPA ondersteunt deze van MOXA. Tabel 3.16 toont de kost van deze opstelling.



Tabel 3.16: Benodigde componenten grote overdrachtsnelheid

IP gateway:


Prijs [€]

OnCell G3110 (2G)

462

OnCell G3110-HSDPA (3G)

727

Industriële router

1386


398 (2x)

Opstart kost: Kost per nieuwe machine:

1323(2G) – 1578(3G)

met huidige router

2709(2G) – 2964(3G)

met nieuwe router

860(2G) – 1125(3G)

Figuur 3.17: Opstelling na implementatie

Figuur 3.18: Opstelling voor grote overdrachtsnelheid



3.4.

Overzicht tarieven operatoren in België

Wanneer de verschillende operatoren binnen België worden vergeleken, dan zal de term ‘Remote maintenance’ van belang zijn. Zoals eerder beschreven wil dit zeggen dat er geen continue data-uitwisseling plaatsvindt. Er wordt slechts occasioneel gebruik gemaakt van mobiele telefoonnetwerk. Het is dus belangrijk hiermee rekening te houden. Tabel 3.17 vergelijkt de verschillende operatoren binnen België voor een CSD connectie, die gefactureerd wordt op de verbindingstijd voor KMO’s. Tabel 3.18 (datum van opzoeking: 14/03/11) vergelijkt de verschillende operatoren in België voor een PSD (Package Switched Data) connectie, die gefactureerd wordt op de hoeveelheid verzonden data. Tabel 3.17: Overzicht GSM operatoren België – CSD

Operator:

Proximus

Tariefplan:

KMO

Particulier

KMO

Particulier

KMO

Favorite 50

Mobile Company plan

Postpaid BASE 2

Business 3

My70

Op maat

50

8

25

25

70

Onbeperkt bellen Onberperkt sms

Onbeperkt bellen Onberperkt sms

438 belminuten 700 sms

€0,20/min

€0,12/min

€0,16/min

415 belminuten 500 sms’en

Uit bundel

Mobistar

Particulier

Prijs/maand [€]: Inbegrepen:

BASE

€0,12/min

0,070/min

Tabel 3.18: Overzicht GSM operatoren België – data service

Operator:

Proximus

BASE

Mobistar

Tarief in europa

Tarief in de rest van de wereld

Tarief buitenland

Tarief buitenland

MET roaming:

€ 3/ MB (gefactureerd/100 Kb)


€ 2,892/ MB (gefactureerd/100 Kb)


ZONDER roaming:




€13,31/MB (gefactureerd/10Kb)

Voor de firma AVR, die reeds gebruik maakt van BASE, is het tariefplan Postpaid BASE 2 de beste oplossing. Aangezien er enkele één SIM kaart nodig is op de bedrijfsite werd hiervoor gekozen. Dit is een abonnement formule zodat er dus onbeperkt kan worden gebeld voor €25 per maand. De SIM kaarten op de mobiel voertuigen mogen standaard prepaid SIM kaarten zijn. Dit omdat de verbinding altijd tot stand wordt gebracht op de bedrijfsite, waardoor er dus nooit een kost is op het mobiel voertuig zelf. Dit is de reden waarom niet voor business gekozen werd, omdat het over slechts één SIM kaart gaat. Wanneer men overstapt naar gebruik van de modules in het buitenland moet lokaal een SIM kaart aangekocht worden. Hierdoor zal geen kost worden aangerekend op de mobiele zijde. Wanneer gebruik wordt gemaakt van een Belgische SIM kaart in het mobiel toestel in het buitenland zou er toch moeten betaald worden, waardoor de kost oploopt.



4. Implementatie 4.1.

Inleiding

In dit deel zal de aangekochte module geïmplementeerd worden in een opstelling te AVR. Dit wordt niet rechtstreeks uitgevoerd op een bestaande machine wegens de onvoorspelbaarheid van de opstelling. De module wordt geïmplementeerd op een testbank die de machine voorstelt. Deze testbank bestaat uit alle controllers die aanwezig zijn op de machine en alle daarbij horende aanstuurapparatuur. Hierdoor is er een identiek CAN netwerk op deze testbank aanwezig, zoals op een bestaande landbouwmachine. Het enige verschil is, dat op deze testbank geen actuatoren aanwezig zijn. Dit zal ervoor zorgen dat de veiligheid ten alle tijden gegarandeerd kan worden. Om nu deze module correct te implementeren moeten enkele stappen doorlopen worden. Een eerste stap is de bekabeling van de modules en het koppelen met het CAN netwerk van de testbank. Wanneer de bekabeling voltooid is, kan er overgegaan worden tot het configureren van de modules zodat deze correct zijn ingesteld. In de volgende stap kan er effectief een verbinding tot stand worden gebracht tussen het mobiele CAN netwerk en de module op de bedrijfssite. Als laatste stap kan er getest worden of alles naar behoren werkt en de vereisten voldaan zijn.

4.2.

Bekabeling

Om nu alles correct te kunnen aansluiten, wordt in eerste instantie de inhoud van het ontvangen pakket onderzocht. In het pakket zitten volgende onderdelen, zie figuur 4.1:

2 x CANlink GSM 2001 1 x CANview USB 1 x Software CD CANlink 1 x Software CD CANview 1 x Quad-Band antenne magnetic base 1 x GSM antenna roof 1 x CAN cable M12 5-pin/D-sub +power 1 x CAN cable M12 -5pin/open

Figuur 4.1: Inhoud RMCAN pakt



Met deze items wordt de opstelling, die besproken werd in paragraaf 3.3.7, verder opgebouwd. Figuur 4.2 toont het resultaat.

Figuur 4.2: Theoretische opstelling

Op deze opstelling is op de lokale zijde of bedrijfssite een busafsluiter en voeding nodig voor de CANlink module. Tijdens de bestelling van het pakket werd de busafsluiter en voeding niet meegevraagd. De reden hiervoor is, dat er op de testbank een regelbare voeding aanwezig is en de busafsluiter een gewone 120Ω weerstand is. De meegeleverde kabel (zie figuur 4.3), zal dus moeten worden gewijzigd, zodat de regelbare voeding kan worden aangesloten en er een afsluitweerstand wordt voorzien.

Figuur 4.3: Meegeleverde CAN kabel M12 5-pin/D-sub +voeding



Na het openen van de kabel en de D-sub kop om de wijziging door te voeren, werd volgende kabel bekomen, zie figuur 4.4.

Figuur 4.4: Gewijzigde CAN kabel

Naast het wijzigen van deze kabel, werd bij beide modules een schakelaar voorzien om de voedingsspanning gemakkelijk in en uit te schakelen. Dit omdat na het configureren, de module gereset moet worden door de voedingspanning uit te schakelen. Doordat dit frequent moet gebeuren bij het configureren werd voor een schakelaar geopteerd. Figuren 4.5 en 4.6 tonen de volledig bekabelde opstelling.

Figuur 4.5: Mobiele zijde (landbouwvoertuig)



Figuur 4.6: Lokale zijde (bedrijfsite)

4.3.

Configureren modules

Om te kunnen communiceren van de mobiele zijde naar de bedrijfsite en omgekeerd, moeten de modules nog worden ingesteld. Er worden twee types modules onderscheiden, enerzijds de CANlink modules en anderzijds de CANview module. Beide type modules worden afzonderlijk besproken. In deze paragraaf zullen enkel de belangrijkste instellingen worden overlopen. Voor een gedetailleerde uitleg wordt verwezen naar de geschreven handleiding in bijlage.

4.3.1. CANlink Na het installeren van de nodige software die meegeleverd is op cd-rom, kan de CANlink module geconfigureerd worden. Na het openen van de RM GSM Configurator software wordt via een seriële verbinding gecommuniceerd met de CANlink module. De software gaat op zoek naar de module en leest de huidige instellingen. Na het lezen verschijnt het hoofdscherm zoals te zien is op figuur 4.7. Het hoofdscherm onderscheidt verschillende tabbladen. Om een directe data link tot stand te brengen, zijn enkel de eerste drie tabbladen van belang. De belangrijkste instellingen van de verschillende tabbladen zullen verder overlopen worden. Voor gedetailleerde info wordt er opnieuw doorverwezen naar de bijlagen.



Figuur 4.7: CANlink hoofdscherm

4.3.1.1. Operating parameters Op dit tabblad moet de baudrate van het CAN netwerk ingesteld worden. Voor deze toepassing is dit de baudrate van het CAN netwerk van het landbouwvoertuig, namelijk 250 Kbps. In dit tabblad moet ook de keuze worden gemaakt of er gebruik wordt gemaakt van de CANopen stack. Voor de CANlink module die mobiel is opgesteld, is dit niet van belang. Dit is wel van belang voor de lokale module, want deze module gebruikt CANopen protocol om te communiceren met de CANview module. Een volgende belangrijke parameter is PD02-behaviour. Dit moet aangevinkt zijn om een directe data link te kunnen bouwen. Deze optie zorgt ervoor dat data in segmenten verstuurd wordt om de overhead van het GSM netwerk te beperken en zo efficiënter data te versturen.

4.3.1.2. GSM parameters Op dit tabblad, zie figuur 4.8, moet de PIN code van de SIM kaart worden ingegeven. Naast de PIN code moet er ook nog een paswoord worden opgegeven, die van belang zal zijn om een veilige verbinding te kunnen opzetten tussen beide toestellen. Hier wordt ook gekozen hoe de registratie verloopt met het GSM netwerk. De parameter Link time bepaalt de maximum tijd dat de module online kan zijn en kan van belang zijn bij logging toepassingen.



Figuur 4.8: CANlink - GSM parameters

4.3.1.3. CAN online parameters In dit tabblad, zie figuur 4.9, kan er worden ingesteld welke CAN berichten moeten worden verzonden over het GSM netwerk. Doordat er een transparant CAN netwerk nodig is, moeten alle 11 en 29 bit CAN berichten worden verstuurd.

Figuur 4.9: CANlink – CAN online parameters



4.3.2. CANview Na het installeren van de nodige software, kan de CANview module geconfigureerd worden. Na het openen van de RM CAN-device Configurator software wordt via een virtuele seriële verbinding gecommuniceerd met de CANview module. De software gaat op zoek naar de module en leest de huidige instellingen. Na het lezen verschijnt het hoofdscherm zoals te zien is op figuur 4.10. Het hoofdscherm onderscheidt verschillende tabbladen. Hiervan zijn twee tabbladen van belang voor deze toepassing, namelijk CAN(1) en COM tabblad. Deze twee tabbladen worden kort besproken. Voor gedetailleerde info wordt er verwezen naar de bijlagen.

Figuur 4.10: Hoofdscherm CANview module

4.3.2.1. CAN(1) In dit tabblad gebeuren alle instellingen die betrekking hebben op het CAN netwerk. Er kan gekozen worden om globaal alle CAN berichten van een bepaalde ID door te laten of te negeren. Naast deze keuze kan er gekozen worden om specifieke ID’s door te laten of te negeren. Indien voor deze laatste optie gekozen wordt, kan er geen gebruik gemaakt worden van het globale object. Deze instelling is een filterwerking voor de CAN berichten. Opnieuw is het van belang om ook de CAN baudrate in te stellen



4.3.2.2. COM In dit tabblad, zie figuur 4.11, wordt een keuze gemaakt welk communicatie protocol er gebruikt zal worden. Er is keuze tussen het byte of ASCII protocol. Bij het ASCII protocol wordt iedere data als een karakter verstuurd, terwijl bij byte de data als effectieve bytes wordt verstuurd. Hier moet ook de start en stop byte worden meegegeven. Voor deze toepassing is dit minder van belang. Een andere parameter is start-up mode. Door dit aan te vinken wordt na de opstart meteen CAN data gebufferd aan COM zijde wanneer CAN data beschikbaar is.

Figuur 4.11: CANview - COM

4.3.3. Verbinding tot stand brengen Wanneer er een verbinding moet worden tot stand gebracht tussen mobiele en lokale zijde moeten enkele stappen doorlopen worden. In eerste instantie moeten beide CANlink toestellen ingeschakeld zijn en geregistreerd zijn op het GSM netwerk. Dit is zichtbaar aan de LED’s die zich vooraan het toestel bevinden. Om de verbinding tot stand te brengen wordt er gebruik gemaakt van de meegeleverde software RM GSM Base station. Na het instellen van de software kan er via deze software gecommuniceerd worden met de CANlink module via de CANview module. Figuur 4.12 toont het hoofdscherm van deze software.



Figuur 4.12: Hoofdscherm RMGSM Base station

Om verbinding te maken met de mobiele module moet deze software nog enkele gegevens kennen. Deze gegevens worden in de telefoonboek ingegeven. De gegevens die moeten worden ingegeven zijn onder andere: een naam, een telefoonnummer en het IMEI nummer van het mobiele toestel. Wanneer alles correct is ingesteld, zou na het inbellen een verbinding tot stand worden gebracht.

4.4.

Testen

Na het configureren en een verbinding op te zetten, moet worden nagegaan of alles werkt volgens de opgestelde eisen. Hierdoor worden verschillende tests uitgevoerd om dit na te gaan.

4.4.1. Test 1 – Verzenden/ontvangen van CAN berichten Deze test houdt in dat er een verbinding wordt opgebouwd tussen beide modules. Wanneer de verbinding tot stand wordt gebracht, zal worden nagegaan of alle berichten van mobiele zijde worden ontvangen op lokale zijde. Na het testen kan er bevestigd worden dat alle berichten worden getransfereerd naar de lokale zijde. Dit is wel met enige delay, maar dit was te verwachten omdat een GSM verbinding een maximale overdrachtsnelheid heeft van 9,6 Kbps.

4.4.2. Test 2 - Gebruik maken van BODAS service Deze test houdt in dat op lokale zijde gezocht wordt naar de controllers op mobiele zijde. Na het tot stand brengen van een verbinding, wordt via de basestationsoftware de BODAS service tool opgestart. Na het initialiseren van het programma wordt er gezocht om controllers. Na enige tijd verschijnt op het scherm dat er geen controllers gevonden werden. Dit is een probleem, want er moet eerst gezocht worden naar controllers vooraleer er parameterdata kan worden uitgelezen of gewijzigd worden. Om de oorzaak van dit probleem te achterhalen, werden enkele bijkomende tests uitgevoerd. AVR Pervoot Frederick


4.4.2.1. Test 2.1 – BODAS service met vaste verbinding Deze test is identiek aan de vorige test, maar het enige verschil is dat er rechtstreeks wordt gewerkt op het CAN netwerk op mobiele zijde. Een vaststelling uit deze test is dat de BODAS service software gebruik maakt van 29 bit ID CAN berichten. Doordat dit van belang is bij de instellingen van de RMCAN modules werden alle instellingen gecontroleerd. De instellingen van de modules bleken correct te zijn. Na controle van de instellingen werd opnieuw een draadloze verbinding tussen beide modules tot stand gebracht. Nu werd op mobiel zijde gezocht via de BODAS software naar controllers. Op de lokale zijde werden de ontvangen CAN berichten bekeken en hieruit bleek dat er dus effectief 29 bit CAN ID berichten werden verzonden/ontvangen. Daar er nog steeds geen oorzaak was voor het probleem werden verdere test uitgevoerd.

4.4.2.2. Test 2.2 – BODAS service met draadloze verbinding Deze test ging van start met het zoeken om controllers via de BODAS service software op de mobiele zijde. Deze CAN data werd gelogd. Vervolgens werd er gezocht om controllers via de BODAS software op lokale zijde en werd ook de CAN data gelogd. Wanneer beide gelogde bestanden vergeleken werden, werd volgende conclusie genomen. Uit de CAN data werd afgeleid dat de BODAS service software CAN data verstuurt om te zoeken naar controllers. Maar na enige tijd gaf de software een foutmelding dat geen controllers gevonden werden en stopte met luisteren. Maar enige tijd later kon je uit de CAN data afleiden dat er nog 29 bit CAN data werd ontvangen. Uit deze bevinding kan er dus geconcludeerd worden dat de BODAS service software zoekt naar controllers, maar niet lang genoeg wacht op antwoord en de zoekactie beëindigd. Hierdoor werden dus geen controllers gevonden. Om deze conclusie te bevestigen werd nog een test uitgevoerd.

4.4.2.3. Test 2.3 – BODAS service met vaste/draadloze verbinding Bij deze test werd er opnieuw een draadloze verbinding tot stand gebracht. Op mobiele zijde werd er rechtstreeks op het CAN netwerk van de machine gezocht naar controllers. Op lokale zijde werden de ontvangen CAN data gelogd. Uit deze data bleek dat alle CAN data om te zoeken en parameters opvragen van een controller effectief werd verstuurd over de draadloze verbinding. Wat opviel is de relatieve grote delay op de berichten. Deze delay is groot orde 1,8 tot 2,5 seconden. Uit theoretische benadering kan voor een CSD verbinding die een maximum overdrachtsnelheid haalt van 9,6 Kbps een gemiddelde delay van 800-850 ms worden vastgesteld. Doordat in deze toepassing gebruik wordt gemaakt van twee GSM modules, is er sprake van een minimum delay van 1,6 tot 1,7 seconden. Wanneer de segmentering van de berichten in rekening wordt gebracht, zal dit nog iets hoger liggen. Tussen het starten van een zoekactie en de foutmelding dat geen controllers gevonden werden zit ongeveer één seconde. Dit is dus meteen de verklaring waarom deze foutmelding bekomen werd. De reden waarom de controllers niet gevonden werden, is omdat de time-out tijd voor een zoekactie te laag is ingesteld in de BODAS service software. Nadat contact werd opgenomen met de firma Bosch Rexroth om deze time-out tijd te vergroten werd een negatief antwoord verkregen. Het is namelijk niet mogelijk om deze time-out tijd te vergroten. Deze beslissing van de firma Bosch Rexroth heeft verschillende redenen. Een eerste reden is dat een verhoogde time-out zou leiden tot en vertraagde diagnose tijd, vanwege het feit dat dit al met een bekabelde verbinding vrij ‘traag’ verloopt. Een bijkomende vertraging is dus niet haalbaar. Een tweede reden is dat een draadloze verbinding, volgens hun ervaring, moet worden aanzien als een kritieke verbinding, omdat deze niet zo goed beveiligd is als een bedrade verbinding. Wetende dat deze data invloed heeft op de machine, kan dit dus leiden tot onverwacht gedrag van de machine. Doordat de time-out tijd niet kan worden verhoogd, zorgt dit ervoor dat er geen diagnose en programmatie draadloos kan worden uitgevoerd met de BODAS service software.



4.5.

Besluit

Uit de vorige tests kan er besloten worden dat met de huidige software en interface, die firma AVR gebruikt, het niet mogelijk is om diagnose te stellen en programmatie via een draadloze verbinding. De grootste oorzaak hiervan is het opnieuw verkrijgen van het CAN netwerk op lokale zijde. Dit is nodig omdat de huidige gebruikte software slechts enkele interfaces toelaat, waarbij elke interface het CAN netwerk moet kunnen worden aangeboden. Een tweede oorzaak is de beperkte overdrachtsnelheid. Doordat er gebruik wordt gemaakt van een CSD verbinding, is deze verbinding beperkt tot een maximale snelheid van 9,6 Kbps. Zoals eerder afgeleid, is er een minimum vertraging van 1,6 seconden. Die vertraging heeft op zijn beurt een negatieve invloed op de software. Hierdoor duurt het te lang alvorens er terug wordt gereageerd en zal de software de zoekactie beëindigen. Hierdoor worden de controllers niet gevonden en is diagnose en parametrering van IO niet mogelijk. Zoals in de markstudie werd aangehaald, kunnen er hogere overdrachtsnelheden bekomen worden door over te stappen naar een andere opstelling. Hogere overdrachtsnelheden zullen de minimum vertraging sterk verminderen, waardoor het theoretisch mogelijk zou worden dat de software de controllers vindt. Wanneer er nu een opstelling gebruikt wordt die vlugger is dan deze time-out tijd, zou dit haalbaar moeten zijn. Tabel 4.1 toont de minimum vertraging van enkele gsm netwerken. Hieruit blijkt dat wanneer er wordt overgestapt naar 3G netwerken de minimum vertraging tijd sterk daalt. Praktisch is dit echter niet zo evident. Zoals in de markstudie verteld werd, is een opstelling met een grote overdrachtsnelheid minder efficiënt. Doordat er geen rechtstreekse koppeling mogelijk is met het CAN netwerk, moet er gebruik gemaakt worden van converterende componenten. Die componenten zorgen op hun beurt voor een vertraging en een mogelijke stap waar iets verkeerd kan lopen. Doordat deze berichten over het internet verstuurd worden, zal dit ook een bijkomende vertraging met zich meebrengen. Kortom al deze componenten zullen voor een vertraging zorgen en zal de kleine minimum vertraging van een 3G verbinding mogelijks teniet gaan. Dit zorgt ervoor dat de minimum vertraging mogelijks niet kleiner zal worden dan de vooropgelegde time-out tijd van Bosch Rexroth. Naast de kans dat de opstelling niet zou lukken, brengt dit ook een meerkost met zich mee. De prijs per machine wordt meer dan verdubbeld. Tabel 4.1: Minimum vertraging GSM netwerken

Technologie

Gemiddelde vertraging tijd [ms]

Overdrachtsnelheid (netwerk afhankelijk) [Kbps]

CSD

800-850

9,6

GPRS

800-850

57-115

EDGE

400-450

Ca. 115

UMTS

150

2000

De grootste oorzaak waarom deze opstelling niet slaagt, is de beperkte interface keuze van de BODAS software. Iedere interface vereist een bedraad CAN netwerk. Deze eis zorgt voor een sterk beperkende keuze van de mogelijke hardware die kan gebruikt worden. Ideaal is dat de keuze kan worden gemaakt tussen deze bestaande interfaces en een seriële interface, of ethernet interface. Dit zorgt meteen voor enorm veel meer mogelijkheden, waardoor de complexiteit van het probleem sterk afneemt. Hierdoor zou het wel mogelijk moeten zijn om diagnose te kunnen stellen met de controllers. Door deze implicatie kan dus de opstelling niet gebruikt worden voor diagnose en programmatie. Dit zorgt ervoor dat de aangekochte modules geen waarde meer hebben. Om nu de investering in deze modules om te zetten in een meerwaarde, werd intern afgesproken om een CAN analyser te ontwerpen. Deze opdracht wordt uitvoerig besproken in volgende paragraaf.



5. Bijkomende opdracht 5.1.

Inleiding

In het volgende hoofdstuk wordt de opbouw van het gecreëerde vb.net programma verduidelijkt. Dit programma werd geschreven om twee redenen. Een eerste reden is, dat de aangekochte modules van RMCAN toch een meerwaarde kunnen betekenen voor het bedrijf. De tweede reden is, om een diagnose tool te ontwikkelen voor de mensen van de service van AVR. Dit programma moet gebruiksvriendelijk zijn en toch inzicht geven in de ruwe CAN data.

5.2.

Doelstellingen

De bedoeling van het programma is dat er ruwe CAN data van een machine kan gelogd worden. Deze data moet kunnen bewaard worden. Naast het bewaren van deze data moet het ook visueel mogelijk zijn om grafieken te maken van specifieke IO’s. In volgende paragraaf wordt kort het programma overlopen, voor gedetailleerde informatie omtrent werking van het programma en installatie, wordt er doorverwezen naar de geschreven handleiding die terug wordt gevonden in de bijlagen.

5.3.

VB.net programma

Figuur 5.1: Opstartscherm CAN Analyser AVR

Figuur 5.1 toont het opstartscherm van het gecreëerde vb.net programma. Wanneer alles geladen is, verschijnt het hoofdscherm, zie figuur 5.2. In dit scherm gebeuren alle instellingen om specifieke IO data te loggen. Hier kan alle IO terug gevonden. Via een ingebouwde zoekfunctie kan gemakkelijk naar IO worden gezocht. Eenmaal een IO of meerde IO’s zijn toegevoegd om te loggen, kan het loggen gestart worden. De tijdsduur van loggen wordt weergegeven links onderaan de statusbalk. Wanneer het loggen gestopt wordt, worden enkele extra mogelijkheden geactiveerd. Dit is namelijk het opslaan, wissen en een grafiek maken van de zojuist gelogde data.



Figuur 5.2: Hoofdscherm

Het opslaan van de CAN data gebeurt onder de vorm van een tekstbestand. Dit bestand kan na het opslaan terug worden geopend via het programma en opnieuw bestudeerd worden. Het wissen is het programma terug herinitialiseren om een nieuwe log mogelijk te maken. Het maken van een grafiek activeert een nieuw venster. In dit venster kan van de zojuist gelogde IO data een grafiek/grafieken gemaakt worden, zie figuur 5.3.



Figuur 5.3: Venster maken grafiek

In dit venster is het mogelijk om ook de assen van de grafiek aan te passen, zowel de x-as en y-as. Naast wijzigen van opmaak kan per gemaakte grafiek de extremum waarden worden opgevraagd. Wanneer er een grafiek gevisualiseerd is, kan deze ook bewaard worden. Wanneer er aanpassingen zouden moeten gebeuren aan de vaste IO biedt het programma ook deze mogelijkheid. Dit is echter enkel toegankelijk voor administrators. Eenmaal ingelogd als administrator worden er extra functionaliteiten geactiveerd. Het hoofdscherm ziet er als volgt uit, zie figuur 5.4.

Figuur 5.4: Hoofdscherm admin ingelogd



Er zijn nu twee extra functionaliteiten toegevoegd aan het hoofdscherm. De eerste extra functionaliteit is het zichtbaar visualiseren van de gelogde CAN data. Een tweede is de mogelijkheid tot real time loggen van één CAN IO. Ook hier kunnen de assen gewijzigd worden. Wanneer de grafiek niet duidelijk genoeg is, bestaat de mogelijkheid om deze te vergroten. Door in te loggen als administrator is er een extra menu onderdeel bijgekomen. Dit menu onderdeel bevat twee mogelijkheden. Het eerste onderdeel is voor het beheren van de IO. Wanneer hierop geklikt wordt, bekomt men volgend venster.

Figuur 5.5: Venster IO beheer

In dit venster bestaat de mogelijkheid om IO te manipuleren. Dit houdt in dat er IO kan gewist, toegevoegd of gewijzigd worden. Een tweede onderdeel is een afmeldknop om de extra functionaliteiten terug te verbergen voor gebruikers. Wanneer meer informatie gewenst is over het programma, wordt er doorverwezen naar de geschreven handleiding in bijlage.



5.4.

Installeren van de software

Na het voltooien van de geschreven software, moet deze software op verschillende laptops van service personeel worden geïnstalleerd. Doordat dit over enkele bestanden gaat die op de juiste plaats moeten worden geplaatst om een correcte werking van het programma te verzekeren, werd geopteerd voor een automatische installatie. Om dit mogelijk te maken werd gebruik gemaakt van een Windows installer setup die gecreëerd werd in vb.net. Deze setup creëert een map ‘AVR’ onder program files . In deze map worden alle nodige onderliggende mappen aangemaakt en de nodige bestanden gekopieerd. Na het creëren van deze setup werd nog een laatste setup gecreëerd . Deze laatste setup zorgt dat alle nodige software en drivers worden geïnstalleerd. Dit is een setup die verschillende setups na elkaar installeert. Dit beginnend met CAN anlayser AVR, dot net framework versie 4, CAN view USB drivers, CAN Device configurator,CAN GSM configurator en RMCAN base-station.

5.5.

Testen

Na het voltooien van de software werd deze grondig getest op eventuele fouten. In eerste instantie is dit op de testbank in de R&D afdeling van AVR. Hier werden alle mogelijk IO getest. Wanneer dit geen fouten meer opleverde, werd overgegaan naar een test op een werkend landbouwvoertuig. Dit werd stap voor stap gerealiseerd omwille van het aspect veiligheid. Nadat beide tests positief bleken, werd de software goed bevonden en werd de eindinstallatie cd-rom gecreëerd.

5.6.

Eindresultaat

De geschreven software zorgt ervoor dat deze tweedelig gebruikt kan worden namelijk: rechtsreeks gekoppeld aan de machine of remote gekoppeld aan de machine. Doordat de remote koppeling mogelijk is, kan er nu toch diagnose worden uitgevoerd van het mobiel landbouwvoertuig, zie figuur 5.6. Dit zorgt ervoor dat een deel van de doelstellingen toch nog worden behaald. De programmatie is echter niet mogelijk omdat dit enkel mogelijk is via de controllers via de BODAS software.

Figuur 5.6: Eindresultaat



Literatuurlijst Eberspächer, J., Vögel, H.J., Bettstetter, C., Hartmann, C., GSM – Architecture, Protocols and Services, 3d ed, West Sussex, John Wiley & Sons, 2009, ISBN: 978- 0- 470- 03070- 7 Acharya, S. (2008), Worlwide mobile cellular subscribers [on line]. http://www.itu.int/newsroom/press_releases/2008/29.html (datum van opzoeking: 27/11/10). Chuah, M. C., Zhang, Q., Design and performance of 3G wireless networks and wireless lans, 2 nd ed, USA, Springer Science+Business Media Inc, 2006, ISBN: 978- 0-387- 24152- 4 Noldus, R., CAMEL – Intelligent networks for the GSM, GPRS and UMTS network, 3d ed, West Sussex, John Wiley & Sons, 2006, ISBN: 978- 0- 470- 01694- 7 Harte, L., Bowler, D., Introduction to mobile telephone systems: 1G, 2G, 2.5G, 3G, wireless technologies and service, first ed, USA, ALTHOS, 2004, ISBN: 0-974-69432-0 Pollefliet, L., Een eindwerk schrijven: Do’s & don’ts, 12 ed, Gent, J. Story-Scientia nv Wetenschappelijke Boekhandel, 2009, ISBN: 978- 90- 382- 1349- 1 Schiller, J., Mobiele communicatie, 2nd ed, Amsterdam, Pearson education, 2005, ISBN: 90- 230- 0964- 4 Capoen, H. (2010). Remote control. Cursus, Hogeschool West Vlaanderen Kortrijk - Graaf Karel de Goedelaan, Departement Industriële wetenschappen GSM association (2010), GSM coverage maps [on line]. http://www.mobileworldlive.com/maps/ (datum van opzoeking: 09/12/10). Phoenix Contact (2010),Phoenix Contact Productcatalogus [on line] http://eshop.phoenixcontact.com/shopstart.html (datum van opzoeking 15/12/10) Phoenix Contact (2010), Industrial Modem-Line - wereldwijd toegang tot machines en installaties Brochure MNR 52000615-00, 15/01/2010 Phoenix Contact (2010), Worlwide Remote Access to machine and systems Brochure MNR 52000615-03, 15/04/2010 CitoBenelux (2010), Prijslijst Phoenix Contact [on line] http://www.citobenelux.nl/downloads/PhoenixContact/phoxls.zip (datum van opzoeking 15/12/10) eWON (2010), eWON industrial routers, ethernet modems – machine remote access [on line] http://www.ewon.biz/ (datum opzoeking 15/12/10) eWON (2009), Industrial Remote Connectivity Routers, Brochure, November 2009 eWON (2010), Talk to your remote machines and equipment, Brochure, Mei 2010 Bintz technics (2010), Website Bintz technics nv [on line] www.bintz.be (datum opzoeking 15/12/10) Moxa (2010), Industrial Networking, Computing and Automation Solutions Master catalog P/N 1900001001240, jaar 2010 AVR Pervoot Frederick


Bintz technics (2010), Website Bintz technics nv [on line] www.bintz.be (datum opzoeking 15/12/10) Moxa (2010), Moxa – device networking for the industry [on line] www.moxa.com (datum opzoeking 16/12/10) Technolec bvba (2010),Technolec: verdeler van Moxa, Insys, Acti, Horner, Advantech, en GE Fanuc [on line] www.technolec.be (datum opzoeking 16/12/10) RMCAN (2010), Electronic Manufacturing Services, CAN Solutions, CAN-Bus, Controller Area Network, CANopen, J1939, DeviceNet, Layer2 [on line], www.rmcan.be (datum opzoeking 16/12/10) RMCAN (2010), CAN oplossingen, Master catalog, jaar 2007-2008 RMCAN (2010), RM Wireless CAN solutions, Brochure april 2007 RMCAN (2010), RM CAN Gateways solutions, Brochure april 2007 IFM (2010), Automation technology - ifm international [on line] www.ifm.com (datum opzoeking 16/12//2010)



Bijlagen Bijlage 1: Handleiding RMCAN modules Bijlage 2: Handleiding AVR CANanalyser, vb.net programma



Handleiding Remote maintenance AVR Inhoud Remote maintenance Vakgebied Mobiele landbouwvoertuigen Gebruikte technologie Harware RMCAN Jaar 2010-2011 Opgesteld door

Frederick Pervoot

AVR bvba, Meensesteenweg 545, 8800 Roeselare

Versie1.0

Inhoudsopgave 1.

LEZEN VOOR INGEBRUIKNAME! ..................................................................................... 1

1.1.

CANLINK AANSLUITINGEN ............................................................................................................. 1

1.1.1.

Openen van beschermde afsluiting ......................................................................................... 1

1.1.2.

SIM kaart slot........................................................................................................................... 2

1.1.3.

RS-232 aansluiting ................................................................................................................... 3

1.1.4.

GSM antenne aansluiting ........................................................................................................ 3

1.1.5.

Voeding/CAN aansluiting......................................................................................................... 4

1.1.6.

LED indicatie CANlink .............................................................................................................. 5

1.2.

CANVIEW AANSLUITINGEN ............................................................................................................ 5

1.2.1.

CAN aansluiting ....................................................................................................................... 6

1.2.2.

USB aansluiting ........................................................................................................................ 7

1.2.3.

LED indicatie CANview............................................................................................................. 8

1.3.

GEDETAILLEERDE INFORMATIE ........................................................................................................ 8

2.

CONFIGUREREN RMCAN MODULES ................................................................................ 9

2.1.

INSTALLEREN VAN DE NODIGE SOFTWARE ......................................................................................... 9

2.1.1.

CANlink .................................................................................................................................... 9

2.1.2.

CANview ................................................................................................................................ 10

2.2.

PC VERBINDING MAKEN MET CANLINK TOESTEL ............................................................................. 11

2.3.

PC VERBINDING MAKEN MET CANVIEW TOESTEL............................................................................. 14

2.4.

CONFIGURATIE CANLINK MODULE MOBILE .................................................................................. 15

2.5.

CONFIGURATIE CANLINK MODULE BASE ....................................................................................... 19

2.6.

CONFIGURATIE CANVIEW MODULE ............................................................................................... 20

3.

VERBINDING OPBOUWEN ............................................................................................ 23

3.1.

CANLINK GSM MOBILE.............................................................................................................. 23

3.2.

CANLINK GSM BASE ................................................................................................................ 23

3.3.

CONTROLE ................................................................................................................................ 23

3.4.

RMGSM BASE STATION ............................................................................................................. 24

1. Lezen voor ingebruikname! 1.1.

CANLink aansluitingen

Figuur 1.1 toont het vooraanzicht van het CANLink toestel. Er worden vier belangrijke onderdelen onderscheiden: SIM kaart slot, RS-232 aansluiting, GSM antenna en voeding/CAN aansluiting.

Figuur 1.1: Vooraanzicht

1.1.1. Openen van beschermde afsluiting

1) Voer druk uit op de achterkant van de klep 2) Nu kan u de klep gemakkelijk open plooien

Handleiding – Remote maintenance AVR

1

1.1.2. SIM kaart slot.

Figuur 1.2: SIM kaart slot

Belangrijk: Schakel nooit het CANLink toestel in, wanneer er een verkeerde of geen PIN code is ingegeven. Dit zal ervoor zorgen dat de SIM kaart geblokkeerd wordt.

Wanneer de module voor het eerst gebruikt wordt of er een nieuwe SIM kaart geplaatst moet worden, is het aangeraden het SIM kaart slot leeg te laten tot alle nodige instellingen uitgevoerd werden. Deze instellingen worden later besproken in paragraaf 2.4.

Belangrijk: Wanneer het toestel ingeschakeld is, mag ten alle tijden de SIM kaart niet verwijderd worden, dit leidt tot ernstige schade in het toestel.

De SIM kaart die gebruikt wordt moet data service ondersteunen. Dit wil echter niet zeggen dat hier gebruik van gemaakt wordt. Voor een CSD verbinding wordt enkel gebruik gemaakt van het GSM netwerk en dus niet van de data service. Wanneer de SMS of GPRS/EDGE functie gebruikt wordt, zal wel gebruik gemaakt worden van de data service. Om de SIM kaarthouder uit het toestel te halen, moet met een balpen de gele knop die te zien is op figuur 1.2 ingedrukt worden. Hierdoor zal de SIM kaarthouder voor een deel uitsteken waardoor deze van het toestel verwijderd kan worden. Plaats hier de SIM kaart in zoals te zien is in figuur 1.2. Plaats enkel en alleen de SIM kaart in de houder, als u zeker bent dat de PIN code correct is ingesteld in het toestel!


2

1.1.3. RS-232 aansluiting Deze aansluiting wordt gebruikt om het toestel te configureren of voor een firmware update. Figuur 1.3 geeft de pin toewijzing weer.

Figuur 1.3: Pin toewijzing RS-232

Belangrijk: De DSR pin wordt gebruikt om de CANLink module in flash mode te plaatsen. Zorg ervoor dat geen logische ‘1’ aan deze pin wordt gelegd, tenzij voor een firmware update.

1.1.4. GSM antenne aansluiting

Figuur 1.4: GSM antenne aansluiting

Belangrijk: Om schade te voorkomen aan de GSM circuits, gebruik nooit het toestel zonder antenne!


3

De antenne mag niet geplaatst worden in de naburigheid van een benzinetank en niet efficiënte beschermde elektronische toestellen. Het is ook niet toegestaan om de antenne in gesloten metalen constructie te plaatsen omwille van het faraday kooi effect. Ook mag de kabellengte niet verlengd of verkort worden.

1.1.5. Voeding/CAN aansluiting

Figuur 1.5: Voeding/CAN aansluiting


4

1.1.6. LED indicatie CANlink

1.2.

CANview aansluitingen

Figuur 1.1 toont het vooraanzicht van het CANview toestel. Er worden twee belangrijke onderdelen onderscheiden: CAN aansluiting en USB aansluiting.

Figuur 1.6: Vooraanzicht CANview


5

1.2.1. CAN aansluiting Figuur 1.7 geeft de pin toewijzing van de CAN aansluiting op het CANview toestel.

Figuur 1.7: CAN via D-sub aansluiting

De meegeleverde kabel door RMCAN is een kabel die beslaat uit een D-sub female kop en aan de andere zijde een CAN m12 kop en een DC voeding kop. Figuur 1.8 geeft dit schematisch weer.

Figuur 1.8: RMCAN kabel

Deze kabel werd gewijzigd omdat op de bedrijfsite het CAN netwerk terug moet kunnen verbonden worden met de huidige software interface en een afsluitweerstand geplaatst moet worden. Op de machine en testbank is er een regelbare voeding aanwezig , hierdoor werd deze voedingstekker ook gewijzigd. Figuur 1.9 toont hoe de kabel er nu uitziet.


6

Figuur 1.9: Gewijzigde RMCAN kabel

1.2.2. USB aansluiting

Figuur 1.10: USB aansluiting


7

1.2.3. LED indicatie CANview

1.3.

Gedetailleerde informatie

Voor specifieke en meer gedetailleerde informatie wordt er doorverwezen naar de bijhorende handleidingen van RMCAN.


8

2. Configureren RMCAN modules 2.1.

Installeren van de nodige software

2.1.1. CANlink Wanneer de bijhorende cd-rom van het toestel wordt uitgelezen, navigeer naar het tabblad sofware, zie figuur 2.1. De RM GSM configurator en base station moeten worden geïnstalleerd. Volg aandachtig de installatie stappen. Wanneer correct geïnstalleerd, wordt bij programma’s – RM CAN Tools of op bureaublad, de zo juist geïnstalleerde software teruggevonden. Figuur 2.2 toont de iconen van deze software.

Figuur 2.1: CANlink software

Figuur 2.2: Iconen CANlink software


9

2.1.2. CANview Bij het aansluiten van de CANview module op de PC is de driver van deze module noodzakelijk. Wanneer de PC verbonden is via het internet zal via Windows update automatisch de nodige driver geïnstalleerd worden. Wanneer de PC niet verbonden is met internet, kan de driver manueel geïnstalleerd worden via de meegeleverde CD-rom. Voor gedetailleerde informatie hier omtrent wordt er doorverwezen naar de handleidingen die meegeleverd zijn op cd-rom. Wanneer de bijhorende cd-rom van het toestel wordt uitgelezen, navigeer naar het tabblad sofware, zie figuur 2.3. De RM CAN-Device configurator en RM CAN-Device monitor moeten worden geïnstalleerd. Volg aandachtig de installatie stappen. Wanneer correct geïnstalleerd wordt bij programma’s – RM CAN Tools of op het bureaublad de zojuist geïnstalleerde software terug gevonden. Figuur 2.4 toont de iconen van deze software.

Figuur 2.3: CANview software

Figuur 2.4: Iconen CANview software


10

2.2.

PC Verbinding maken met CANlink toestel

Zorg ervoor dat de spanning uitgeschakeld is van het CANlink toestel. Verbind de RS-232 poort van de CANlink module met een vrije COM-poort van de PC. Start de RM GSM configurator software op. Na opstart, wordt volgend scherm bekomen.


11

Selecteer de juist COM-poort, waar zojuist het CANlink toestel mee verbonden is. Bevestig met OK. Na bevestiging wordt volgend scherm getoond.

De software probeert nu een sequentie door te sturen om de module in configuratie mode te plaatsen. Schakel nu de voeding in. Wanneer dit gelukt is, wordt volgend scherm zichtbaar.

Na het bevestigen door op OK te klikken, zal de software de huidige instelling van het toestel opvragen. Wanneer de gegevens correct gelezen zijn, zal volgende bevestiging getoond worden.

Na het bevestigen door op OK te klikken, bent u correct verbonden met het toestel. Hierna wordt het hoofdscherm van de configurator getoond.


12


13

2.3.

PC verbinding maken met CANview toestel

Verbind de CANview module met een vrije USB poort van de PC. Start nu de RM CAN-DEVICE configurator op. Wanneer de driver correct geïnstalleerd is en de module correct via usb is aangesloten met de PC wordt volgend scherm zichtbaar.

Wanneer deze boodschap bevestigd wordt, zal de software de huidige instellingen opvragen van het toestel. Wanneer voltooid, wordt volgend boodschap zichtbaar.

Wanneer deze boodschap bevestigd wordt, zal het hoofdscherm van de configurator getoond worden.


14

2.4.

Configuratie CANlink module MOBILE

De volgende instellingen zijn om een directe verbinding tussen beide toestellen op te zetten. Wanneer een andere verbinding moet worden opgesteld, wordt er doorverwezen naar de handleidingen van RMCAN. Er zijn nu twee opties om het toestel correct in te stellen. Een eerste manier is door een config file die alle instellingen bevat naar het toestel weg te schrijven. Doet dit door linksboven op ‘file’ te klikken en daarna op ‘open configuration’. Selecteer nu het correcte file, na het openen wordt er een bevestiging zichtbaar dat het file correct gelezen is, bevestig dit met ‘OK’. Nu moeten deze instellingen nog worden weggeschreven naar het toestel, dit door te klikken om ‘Write to RM GSM Device’. Wanneer dit gelukt is, moet dit opnieuw worden bevestigd door te klikken op ‘OK’. De instellingen zijn nu correct naar het toestel weggeschreven. Verbreek de verbinding en schakel de voeding in en uit en het toestel zal nu opstarten met deze instellingen.


15

Een tweede manier is manueel alle instellingen invoeren, dit wanneer het config verloren gegaan is of er een wijziging moet gebeuren aan deze instellingen. In het hoofdscherm van de configurator zijn verschillende tabbladen terug te vinden. Om een directe verbinding tot stand te brengen zijn enkel de eerste drie van belang namelijk: ‘operating parameters’, ‘GSM parameters’ en ‘CAN online parameters’. Deze tabbladen worden nu één voor één besproken. Tabblad ‘Operating Parameters’

CAN-Baudrate Stel hier de baudrate van het CAN netwerk in: hier dus 250kbit/s CANopen-Stack Activeer/deactiveer hier het CANopen protocol . Hier dus deactiveren, omdat er geen CANopen data via het CAN netwerk getransporteerd wordt. Wanneer het protocol wel gewenst is, moet bijkomend het node ID van het toestel worden ingesteld. PDO2-Behaviour Deze optie zorgt ervoor dat de data gesegmenteerd wordt verstuurd. Voor een directe verbinding moet dit aangevinkt worden. Hier dus aanvinken.


16

Tabblad ‘GSM-Parameters’

SIM-Card Hier wordt de pin code van de SIM kaart ingegeven. Hier 1910. Safety Hier wordt een password gekozen om een veilige verbinding op te stellen. Hier GSMONLIN. GSM Network Registration Keuze tussen manueel en automatische registratie: hier automatisch. GSM-Online Mode Link Time Hier wordt de maximale online tijd van de module ingesteld. Wanneer dit overschreden wordt, zal de module de verbinding verbreken. De waarde die moet worden ingegeven is in minuten. Hier 120.


17

Tabblad ‘CAN Online-Parameters’

Format Kies hier om de data decimaal ofwel hexadecimaal weer te geven. Hier Hexadecimaal. CAN Format Kies hier welk CAN formaat u gebruikt. Er is keuze voor CAN ID of J1939. Hier CAN ID. Online CAN Object Hier kan worden ingesteld welke CAN berichten moet verzonden worden. Om een filter in te stellen vink het desbetreffend object ‘activate’ aan. Er moet een keuze worden gemaakt welke type identifier het CAN bericht heeft en welke mask er moet worden toegepast. Het verzend interval moet worden ingesteld, dit door de Rec.Cyc time in te stellen. Omdat hier met zowel 11bit en 29 bit identifier werken moeten beiden worden ingesteld. Hier Object 1 Active Mask 000 CAN ID 000 cycle time 1 en Object 2 Active Extendend ID Mask 00000000 CAN ID 00000000 cycle time 1. Voor gedetailleerde informatie wordt er doorverwezen naar de bijhorende handleiding van RMCAN.


18

2.5.

Configuratie CANlink module BASE

Al de instellingen van het base station worden overlopen. Wat deze instellingen willen zeggen, werd in de vorige paragraaf vermeld. Nu zullen enkel de parameters worden vermeld. Tabblad ‘ Operating Parameters’ CAN-Baudrate 250kbit/s CANopen-Stack Aanvinken ( nodig omdat CANview dit protocol gebruikt) PDO2-Behaviour Aanvinken Tabblad ‘GSM-Parameters’ PIN number 1910 Transmission Password GSMONLIN GSM Network Registration Automatic GSM-Online Mode Link Time 120 Tabblad ‘CAN Online Parameters’ CAN-Idintifier Object 1: Active, 11 bit, CAN-id:000, Mask:000, Cycle time:0 Object 2: Active, 29 bit, CAN-id:00000000, Mask:00000000, Cycle time:0


19

2.6.

Configuratie CANview module

Koppel de module aan de desbetreffende PC en start RM-CAN device configurator op. Wanneer dit de eerste keer is, zal er waarschijnlijk nog geen correcte COM poort geselecteerd zijn. Selecteer nu de correcte COM poort en herstart de software. Om de correcte COM poort te vinden ga naar start en klik met de rechtermuisknop op deze computer/my computer en selecteer beheren/manage. Ga dan naar apparaatbeheer/device manager. Klap het menu poorten (COM & LPT)/ports (COM & LPT) open. Lees de correcte COM poort af bij RMCANview USB. Na het heropstarten zal een melding worden gegeven dat de CANview module gevonden is. Nu zal de software de huidige instellingen van het toestel binnen lezen. Er zijn twee opties om het toestel correct in te stellen. Een eerste manier is door een config file die alle instellingen bevat, naar het toestel weg te schrijven. Doe dit door linksboven op ‘file’ te klikken en daarna op ‘open configuration’. Selecteer het correcte file, na het openen wordt een bevestiging dat het file correct gelezen is zichtbaar, bevestig dit met ‘OK’. Nu moeten deze instellingen nog worden weggeschreven naar het toestel, dit door te klikken om ‘Write to CAN Device’. Wanneer dit gelukt is moet dit opnieuw worden bevestigd door te klikken op ‘OK’. De instellingen zijn nu correct naar het toestel weggeschreven. Verbreek de verbinding en schakel de voeding in en uit en het toestel zal nu opstarten met deze instellingen. Een tweede manier is manueel alle instellingen invoeren, dit wanneer het config verloren gegaan is of er een wijziging moet gebeuren aan deze instellingen. Wanneer de software is opgestart, worden vier tabbladen aangetroffen. Voor deze toepassing zijn enkel de tabbladen CAN(1) en COM van belang. Deze tabbladen worden nu kort overlopen.


20

Tabblad ‘CAN(1)’

Receive-Global Object Keuze of alle berichten met een 11 bit of 29 bit identifier wordt doorgestuurd. Hier: Enabled, 11 Bit, Mask:000, Id: 000 Receive-Single Object Hier kan u kiezen om enkel specifieke 11 bit of 29 bit ID enkel door te sturen. Wanneer hiervan gebruik wordt gemaakt moet Receive-Global Object uitgeschakeld worden. Wanneer men zowel 11 als 29 bit ID tegelijk wil doorsturen moet Receive-Global Object uitgevinkt worden en object 1 aanvinken bij Receive-Single Object en 11 bit id instellen en mask en idmask instellen op 000. Vervolgens wordt object 2 aangevinkt bij Receive-Single Object en 29 bit id instellen en mask en idmask instellen op 00000000. Hier: uitgevinkt CAN-Bit Timing Hier wordt de CAN baudrate ingesteld. Hier: Initialise VAN en by CIA-Norm aangevinkt en Bit-Rate CIA ingesteld op 250 kbit/s


21

Tabblad ‘COM’

Communication-Protocol Hier wordt de keuze gemaakt van welk protocol de COM interface moet gebruik maken. Er zijn twee mogelijkheden Byte of ASCII. In ASCII mode wordt iedere data als een ACII karakter verstuurd, terwijl in byte mode iedere data verstuurd wordt als pure byte waarden. Hier: Byte – start:43 – Stop:OD Start-Up-Mode Met deze instelling wordt ervoor gezorgd, dat wanneer het toestel opgestart is en wanneer er CAN data beschikbaar is deze direct wordt doorgestuurd naar de COM poort. Hier: Aangevinkt COM-Feedback-Mode Wordt hier niet gebruikt, dus afgevinkt Voor gedetailleerde informatie wordt er doorverwezen naar de bijhorende handleiding van RMCAN.


22

3. Verbinding opbouwen 3.1.

CANlink GSM Mobile

Zorg ervoor dat deze module online is. Dit wil zeggen dat er een CAN netwerk opgekoppeld is en de module verbonden is met het GSM netwerk.

3.2.

CANlink GSM BASE

Zorg ervoor dat deze module verbonden is met het GSM netwerk. Zorg er ook voor dat deze module verbonden is met de CANview USB module met de aangepaste kabel. Opgelet! Verbind eerst de CANlink en CAN view module en zorg ervoor dat de CANview module aangelsoten is op de PC. Hierna herstart de CANlink module (Error lampje zou moeten doven)

3.3.

Controle

Wanneer alles correct is aangesloten, zou er geen error lampje mogen branden op alle toestellen. De opstelling ziet er als volgt uit. Mobile


23

Base

3.4.

RMGSM Base Station

Start de RM GSM Base station software op. Na de opstart wordt hoogstwaarschijnlijk volgend bericht getoond.


24

Dit komt omdat de instellingen van deze software niet correct zijn. Bevestig dit scherm met No. Ga dan naar Options – System settings. Ga eerst naar het tabblad Communication Device settings.

Hier moet de correct COM poort worden ingesteld om te kunnen communiceren met de CANview module. Om deze te vinden, klik op search bij PC/CAN Gateway Device. Wanneer het toestel is aangesloten, volgende popup wordt zichtbaar.

Vervolgens moet deze module ook het CAN id kennen van de module. Deze werd ingesteld bij de configuratie. Wanneer deze niet meer gekend is, klik op search bij RM GSM Device. Volgende popup word getoond.

Na deze instellingen ga naar het tabblad GSM-Online Settings .


25

Hier worden de applicaties ingesteld die simultaan kunnen communiceren met de COM poort via GSM Base software. Voor applicatie 1 stelt u de RMCAN device monitor in. Vink ook Use PC-CAN Interface from Basisstation. Voor applicatie 2 stelt u de AVR-CANanalyser in, ook hier moet Use PCCAN interface from Basisstation aangevinkt worden. Als laatste, vinkt u Transmit Password after establishing conection. Hierdoor wordt het paswoord automatisch gestuurd bij opstart. Bevestig dit met OK. Er zal worden gevraagd om de software te herstarten.

Na opstart en wanneer alles correct is ingesteld wordt het hoofdscherm van GSM Base station software vertoond.


26

De volgende stap is het Mobile toestel bekend te maken voor deze software. Ga naar Options – Telephone Book. Klik op New Entry. Bij Name ,geeft de naam op van de mobile module, dit wordt vrij gekozen. Bij Locatie: geef de locatie op van de module( optioneel). Bij Tel-Number Data wordt het gsm nummer opgegeven van de SIM kaart die zich bevindt in het mobile toestel. Bij IMEI-number wordt het nummer ingegeven dat op de achterzijde van het RMCAN toestel terug wordt gevonden.


27

Bij password Data wordt het paswoord ingevuld, dat gekozen werd bij de instellingen, standaard GSMONLIN.

Wanneer de mobile module is toegevoegd kan nu verbinding worden gemaakt. Dit door bij Connection de zojuist aangemaakte klant te selecteren. Hier dus Klantnummer. Vinkt V32 Bearer service aan en klik op Call Remote-Station.


28

Wanneer alles goed verloopt is er verbinding met het mobiele toestel. Om nu de CAN data te bekijken moet u nog enkele acties ondernemen. Eerst klikt u op Online CANObj On. Nu worden de CAN berichten doorgelaten naar de BASE module. Kies nu één van de ingestelde applicatie die geactiveerd worden door op start te klikken. Via één van deze applicaties is het mogelijk om CAN data te gaan analyseren. Opmerking: Voor de applicatie CANanalyser AVR, is het niet nodig om Online CAN obj on te gebruiken. Dit is verwerkt in de applicatie. Het is voldoende om verbinding te maken met de remote site, en hierna meteen de applicatie op te starten. Voor gedetailleerde informatie wordt er doorverwezen naar de bijhorende handleiding van RMCAN.


29

Handleiding CAN-analyser AVR Inhoud Diagnose CAN netwerk Vakgebied Mobiele landbouwvoertuigen Gebruikte technologie Harware RMCAN & vb.net Jaar 2010-2011 Opgesteld door

Frederick Pervoot

AVR bvba, Meensesteenweg 545, 8800 Roeselare

Versie1.0

Inhoudsopgave 1.

INSTALLEREN SOFTWARE ............................................................................................... 1

1.1.

CANVIEW ................................................................................................................................... 1

1.2.

CANLINK .................................................................................................................................... 1

2.

HET PROGRAMMA ......................................................................................................... 3

2.1.

OPSTART .................................................................................................................................... 3

2.2.

HOOFDSCHERM ........................................................................................................................... 5

2.2.1.

Hoofd menu............................................................................................................................. 5

2.2.1.1.

Bestand .................................................................................................................................................. 5

2.2.1.2.

Instellingen ............................................................................................................................................ 6

2.2.1.3.

Admin .................................................................................................................................................... 6

2.3.

ONDERDELEN HOOFDSCHERM ........................................................................................................ 7

2.3.1.

Instellingen .............................................................................................................................. 7

2.3.2.

Acties ..................................................................................................................................... 10

2.4.

MAAK GRAFIEK.......................................................................................................................... 10

2.5.

ADMINISTRATOR ........................................................................................................................ 12

2.5.1.

Menu onderdeel .................................................................................................................... 13

2.5.2.

Uitgebreid hoofdscherm ....................................................................................................... 14

1. Installeren van de software De applicatie CAN-analyser AVR kan enkel werken wanneer de programma’s op voorhand geïnstalleerd zijn. Om het werk van de gebruiker te verlichten, is een Cd-rom voorzien die automatisch alle software en hardware installeert. De software die geïnstalleerd wordt, is het dot.net framework versie 4, CANview drivers, CANview configurator, CAN-analyser AVR, RM GSM basestation en RM GSM configurator. Na het installeren zal de pc heropgestart worden om alle wijzigingen door te voeren. Hierna zijn drie nieuwe snelkoppelingen terug vinden op het bureaublad, AVRCANanalyser, RM CAN-Device configurator en RM GSM Basestation, zie figuur 1.1.

Figuur 1.1: Snelkoppelingen

Alvorens AVR-CANanalyser te kunnen gebruiken, moeten nog enkele instellingen gestuurd worden naar het RMCAN modules.

1.1.

CANview

Om dit uit te voeren verbind het CANview toestel met een vrij USB poort. Ga naar AVR bestanden en dubbel klik op RM CAN-Device Configurator. Wanneer alles correct geïnstalleerd en aangesloten is, zou de CANview module moeten gevonden worden door de software en, dit wordt ook gemeld. Bevestig dit scherm met ‘OK’. Hierna zal de software de huidige instellingen van het toestel binnenlezen. Nadat dit voltooid is wordt dit gemeld en bevestig dit met ‘OK’. Onderneem volgende stappen om instellengen in het toestel weg te schrijven. Ga naar File – Open Configuration surf nu naar volgende folder C:\Program Files\AVR\instellingen modules\CANview\ en selecteer het bestand ‘CANview - CAN analyser AVR.ccg’ en klik op open. Nu zijn de instellingen geladen en moeten deze nog naar het toestel weggeschreven worden. Doe dit door op ‘Write to CAN-Device’ te klikken. Wanneer dit voltooid is, krijg u opnieuw een melding dat de instellingen correct weggeschreven zijn. Bevestig dit met ‘OK’. Nu de correcte instellingen geladen zijn in het toestel, mag dit scherm afgesloten worden door op ‘Quit’ te drukken.

1.2.

CANlink

Om dit uit te voeren verbindt één van de CANlink toestellen met een vrij COM poort. Sluit de CANlink base module aan en ga naar AVR bestanden en dubbel klik op RM GSM Configurator. Wanneer alles correct geïnstalleerd en aangesloten is, zou de CANlink module moeten gevonden worden door de software en, dit wordt ook gemeld. Bevestig dit scherm met ‘OK’. Hierna zal de software de huidige instellingen van het toestel binnenlezen. Nadat dit voltooid is wordt dit gemeld en bevestig dit met ‘OK’. Onderneem volgende stappen om instellengen in het toestel weg te schrijven. Ga naar File – Open Configuration surf nu naar volgende folder C:\Program Files\AVR\instellingen modules\CANlink\ en selecteer het bestand ‘CANlink Base Configfile 10-03-2011.cmc’en klik op open. Nu zijn de instellingen geladen en moeten deze nog naar het toestel weggeschreven worden. Dit door op ‘Write to CAN-Device’ te klikken. Wanneer dit voltooid is, wordt opnieuw een melding Handleiding – CAN analyser AVR

1

zichtbaar dat de instellingen correct weggeschreven zijn. Bevestig dit met ‘OK’. Nu de correcte instellingen geladen zijn in het toestel, mag dit scherm afgesloten worden door op ‘Quit’ te drukken. Herhaal deze stappen voor de CANlink mobile module en open het bestand ‘CANlink Mobile Configfile 24-03-2011.cmc’. Nu is alles correct geïnstalleerd en zijn alle toestellen correct ingesteld. Nu zijn twee mogelijkheden mogelijk. Enerzijds kan de AVR CANanalyser software lokaal gebruikt worden of anderzijds voor een mobiele verbinding. Wanneer lokaal gewerkt wordt moet het CAN netwerk gekoppeld worden aan de CANview USB module. Sluit de USB aan de desbetreffende PC en start het programma op. Voor gedetailleerde info om te werken met het programma verwijs ik naar paragraaf 2. Wanneer mobiel gewerkt wil worden, moet via de RM GSM Basestation software verbinding worden gemaakt en via dit programma moet AVR CANanalyser opgestart worden. Hoe er gewerkt moet worden met de basestation software wordt in detail uitgelegd in de geschreven handleiding ‘ RMCAN modules’. Deze handleiding bevindt zich in de bijlagen.

Handleiding – CAN analyser AVR

2

2. Het programma 2.1.

Opstart

Voor een correcte werking van het programma, moet het programma verbinding maken met de CANview USB module. Wanneer het programma opgestart wordt en de CANview module niet verbonden is met de PC zal volgende scherm getoond worden, zie figuur 2.1.

Figuur 2.1: Niet verbonden

Bevestig dit scherm met ‘OK’. Om nu verbinding te maken met het CANview USB toestel moet het programma niet heropgestart worden. Wanneer het CANview USB toestel aangesloten is ga naar Instellingen – Verbinden Met Module,zie figuur 2.2. Wanneer alles correct verloopt zou volgend scherm bekomen moeten worden, zie figuur 2.3. Nu is het menu item ‘verbinden met module’ verdwijnen en is de status veranderd in de statusbalk naar ‘verbonden’.

Figuur 2.2: Verbinden met module


3

Figuur 2.3: Verbonden

Tijdens de opstart wordt gevraagd voor welke machine er CAN data moet geanalyseerd worden. Figuur 2.4 toont het popup vesnter. Na het kiezen wordt de IO van de gekozen machine geladen.

Figuur 2.4: Kiezen machine


4

2.2.

Hoofdscherm

Het hoofdscherm van CAN-analyser AVR wordt gebruikt om allerlei acties uit te voeren. Het bevat de hoofdmenu strip.

2.2.1. Hoofd menu 2.2.1.1. Bestand


5

Dit menu bevat volgende onderdelen:   

‘Open Log File’: Dit onderdeel wordt gebruikt om eerder gelogd bestand terug te open en te laden in het programma. ‘Admin Login’: Dit onderdeel zorgt ervoor dat een administrator kan inloggen waardoor extra functies zichtbaar worden. ‘Exit”: Dit onderdeel sluit het programma af.

2.2.1.2. Instellingen

Dit menu bevat volgende onderdelen: 

 

‘CAN Module’: Dit onderdeel bestaat op zijn beurt uit twee subitems namelijk: ‘Reset Module’ en ‘ Wissen Errors’. Deze onderdelen kunnen enkel gebruikt worden wanneer er effectief verbinding is met het toestel. ‘Reset module’ is om de module te resetten en de basis instellingen terug in te laden. ‘Wissen Erros’ is om eventuele error meldingen te resetten. 'Kies IO Lijst': Via dit menu item kan er worden omgeschakeld naar een IO lijst van een andere machine. (sneltoets F4) ‘Verbinden Met Module’: Dit onderdeel is enkel zichtbaar wanneer het programma is opgestart en het CANview USB toestel niet is aangesloten. Door hierop te klikken wordt opnieuw geprobeerd verbinding te maken met het toestel. (Sneltoets F5)

2.2.1.3. Admin

Dit onderdeel is enkel zichtbaar wanneer ingelogd is als administrator. Dit menu bevat volgende onderdelen:  

‘IO Beheer’: Dit onderdeel zorgt ervoor dat alle IO kan beheerd worden. Dit houdt in wissen, wijzigen en toevoegen van IO. (Sneltoets F6) ‘Afmelden’: Dit onderdeel zorgt ervoor dat de administrator wordt afgemeld en alle extra functies terug worden verborgen.

Voor gedetailleerde info omtrent het menu onderdeel ga naar paragraaf 2.5. 2.2.1.4. Help Dit menu item zorgt voor het open van de help Handleiding – CAN analyser AVR

(Sneltoets F1) 6

2.3.

Onderdelen hoofdscherm

2.3.1. Instellingen

Instellingen is een groepering van functies om een keuze te maken welke IO/IO’s gelogd moet worden. Wanneer geklikt wordt op neerhaal pijltje van de selectiebox ‘Alle I/O’, wordt er een lijst getoond met alle IO.

Wanneer een IO gelogd moet worden klikt u op de desbetreffende IO en klik op ‘Kies I/O’. Nu wordt deze IO toegevoegd aan de lijst met ‘Te Loggen I/O’. Wanneer verkeerd geklikt werd kan ook de IO terug gewist worden. Dit door op ‘Wis I/O’ te klikken. Let op, wanneer niks geselecteerd is worden alle IO in ‘Te loggen IO’ gewist! Doordat het aantal IO die beschikbaar relatief veel is, is er een zoekfunctie voorzien. Wanneer de cursor geplaatst wordt in ‘Zoek I/O’, kan een naam ingegeven worden van de IO. Dit wordt bevestigd door op enter te drukken. Wanneer slecht één zoekresultaat gevonden is wordt deze automatisch geselecteerd in ‘Alle I/O’ lijst. Om nu effectief de IO te loggen moet dit nog bevestigd worden door op ‘Kies I/O’ te klikken. Wanneer meerdere zoekresultaten gevonden zijn word dit gemeld via een lijst.


7

Klik nu op de gewenste IO en bevestig met ‘Kies’ of dubbel klik op een de gewenste I/O. Opnieuw moet dit bevestigt worden door te klikken op ‘Kies I/O’.Wanneer nu de IO is toegevoegd aan de lijst ‘Te loggen I/O’, word de knop ‘Start log’ geactiveerd. Wanneer alles IO die gewenst is om te loggen toegevoegd is aan de lijst kan nu het loggen gestart worden, dit door te klikken op ‘Start Log’. Nu wordt er een melding weergegeven dat het toestel eerst gereset wordt alvorens het loggen gestart wordt.

Bevestig deze melding met ‘OK’. Nu wordt de CANview module gereset, dit duurt ongeveer vier seconden. Hierna gaat het loggen van start. Dit wordt visueel duidelijk onderaan de statusbalk. Er wordt een timer gestart die de tijd van loggen weergeeft. Nu wordt ook de knop ‘Stop Log’ geactiveerd.


8

Wanneer het loggen gestopt moet worden, moet hierop geklikt worden. Na het stoppen met loggen worden nu drie knoppen geactiveerd namelijk: ‘Opslaan’, ‘Wissen Log’ en ‘Maak Grafiek’. Volgende knoppen hebben volgende betekenis: 





‘Opslaan’: Deze knop zorgt ervoor dat de gelogde data kan worden bewaard onder de vorm van een tekstbestand. Dit bestand kan later terug worden geopend en alle data wordt opnieuw geladen. Een bewaard log bestand open u via Bestand – Open Log File . Dit kan enkel wanneer het programma geen data bevat van een andere log. ‘Wissen Log’: Deze knop dient om een bestaande log te wissen en het programma voor te bereiden op een nieuwe log. Deze knop zorgt ervoor dat alle gelogde data gewist wordt en het programma terug in begin toestand komt. Omdat bij deze actie de data verloren gaat wordt hierom bevestiging gevraagd. ‘Maak Grafiek’: Deze knop initialiseert een nieuw venster ‘Maak Grafiek’. In dit venster kan een grafiek/grafieken gemaakt worden van de gelogde data. Voor meer informatie ga naar paragraaf 2.4.


9

2.3.2. Acties

‘Acties’ is een log venster die alle acties bij houd die de gebruiker uitvoert. Dit kan handig zijn wanneer er probleem voordoet om te achterhalen wat de gebruiker verkeerd heeft uitgevoerd.

2.4.

Maak Grafiek

In dit venster kan met de zojuist gelogde data een grafiek worden gemaakt. Het venster is opgedeeld in twee grote delen namelijk: Instellingen en Grafiek. In het deel ‘Grafiek’ wordt de gemaakte grafiek van IO data weergegeven. In het deel ‘Instellingen’ wordt de keuze gemaakt van welke IO/IO’s een grafiek moet worden gemaakt. Dit deel wordt nu verdere besproken. Bovenaan in het deel van ‘instellingen’ is een lijst met al de gelogde IO data. Om nu hiervan een grafiek te maken moet de gewenste IO/IO’s aangevinkt worden. Wanneer de nodige IO/IO’s Handleiding – CAN analyser AVR

10

aangevinkt zijn moet op de knop ‘Maak’ geklikt worden om de grafiek de visualiseren. In het deel ‘Grafiek’ wordt nu de grafiek getoond.

De automatische grafiek opmaak wordt gebaseerd op eerst en laatste punt. Soms resulteert dit in een niet duidelijk grafiek omdat er veel dode punten zich in de data bevinden. Om dit op te lossen kan zowel de x-as en y-as worden aangepast. Om de assen aan te passen moet een geldige numerieke waarde worden ingegeven en bevestigd worden door op de knop ‘Wijzig X-as’ of ‘Wijzig Yas’ te klikken. Onderaan het deel ‘Instellingen’ wordt een lijst weergegeven van alle IO die geselecteerd werd om een grafiek van te maken. Wanneer in deze lijst een IO geselecteerd is, zal de minimum en maximale waarde berekend worden. Een laatste knop is ‘Grafiek Opslaan’, door op deze knop te drukken wordt de huidige gevisualiseerde grafiek bewaard.


11

2.5.

Administrator

Om in te loggen als administrator ga naar Bestand - Admin Login. Wanneer hierop geklikt wordt, wordt volgend scherm zichtbaar.

Vul nu de correcte gegevens in en bevestig met ‘OK’. Wanneer ingelogd, zijn nu enkele aspecten veranderd aan het hoofdscherm. Er is een menu onderdeel bijgekomen en een vergrotingsknop van het hoofdscherm.


12

2.5.1. Menu onderdeel Onder het menu onderdeel ‘Admin’ bevinden zicht twee menuonderdelen: ‘IO Beheer’ en ‘Afmelden’. ‘Afmelden’ zorgt ervoor dat de administrator wordt uitgelogd en alle extra functies terug worden verborgen. Het menuonderdeel ‘IO Beheer’ zorgt ervoor dat er IO kan gewijzigd, toegevoegd of verwijderd worden.

In dit scherm kan er nu IO gemanipuleerd worden. Er zijn drie knoppen die elk een actie voorstellen. 

‘Wis/wissen Geselecteerde I/O’: Via deze knop kunt u één of meerde IO wissen. Dit door één regel of regels te selecteren en op deze knop te drukken.


13





‘Wijzig I/O’: Via deze knop kan een speciefieke IO gewijzigd worden. Dit door de IO die gewijzigd moet worden eerst te selecteren. Klik vervolgens op ‘Wijzig IO’. Nu word de gegevens van de geselecteerd IO getoond op het scherm.

Pas nu de data aan en wanneer voltooid bevestig dit door nogmaals op ‘Wijzig IO’ te klikken. ‘Toevoegen I/O’: Via deze knop kunt u nieuwe IO toevoegen. Dit door alle gegevens in te vullen en bevestigen met ‘Toevoegen’

2.5.2. Uitgebreid hoofdscherm Wanneer er rechts op het hoofdscherm op de Knop ‘>’ geklikt, wordt het hoofdscherm uitgebreid met extra functies.

Bovenaan bevindt zich een tabel die alle gelogde CAN data bevat. Onderaan bevindt zich een checkbox terug ‘Real Time’. Wanneer een log actie bezig is van één IO, kan van deze data real time een grafiek worden gemaakt. Dit door ‘Real Time’ aan te vinken. Nu wordt er real time een grafiek opgesteld.


14

Bij het terug afvinken van de checkbox of stoppen met loggen wordt de real time opvolging gestopt. Nu is het mogelijk om via de knoppen ‘Wijzig X-as’ en ‘Wijzig Y-as’ de assen van de real time grafiek te wijzigen. Wanneer de grafiek te klein is kan tijdens of na het loggen de grafiek vergroot worden door op de knop ‘Vergroot’ te klikken.


15

Masterproef Remote maintenance van een mobiel landbouwvoertuig

Recommend Documents